Een uitvinding die niet meer weg te denken is uit het dagelijks leven; in 2019 bekroond met de Nobelprijs voor de Scheikunde; en ontwikkeld door een Brit, Amerikaan en Japanner. Het is allemaal van toepassing op de lithium-ionbatterij, die in laptops, mobiele telefoons en elektrische fietsen en auto’s zit.
De Brit Stanley Whittingham staat aan de wieg van de oplaadbare batterij. Begin jaren ’70 combineerde hij titanium disulfide met lithium. De lithium-ionen bewegen zich gemakkelijk van het ene deel van de batterij (anode) naar het andere (kathode), waar ze zich in het titanium disulfide vastzetten. De elektronen die bij dit proces vrijkomen, zijn klaar voor gebruik. Opladen gebeurde door de lithium-ionen weer terug te laten stromen naar de anode. Er zat wel een nadeel aan: brand- en ontploffingsgevaar.
Het werk van Whittingham werd in 1977 voor het eerst geoctrooieerd. De jaren erna volgden diverse andere octrooien.
Meer capaciteit, meer veiligheid, meer octrooien
De Amerikaan John B. Goodenough creëerde in 1980 een oplaadbare batterij die nog meer energie kon opwekken. Hiervoor gebruikte hij kobaltoxide. Ook aan het werk van Goodenough werden octrooien toegewezen.
In de eerste helft van de jaren ’80 werkte de Japanner Akira Yoshino aan verbeteringen. Een daarvan was het vervangen van het lithium in de anode door petroleumcokes (laagjes koolstof) en daar lithium-ionen aan toe te voegen. In combinatie met de lithiumkobaltoxide kathode van Goodenough, was de eerste veilige(re), commercieel aantrekkelijke oplaadbare batterij geboren.
In 1983 vroeg Yoshino een octrooi aan voor zijn ontwerp dat vandaag de dag de basis vormt voor de oplaadbare batterij. In 1991 kwam deze op de markt. Er volgden nog meer octrooiaanvragen voor zijn werk; in totaal zestig. Universiteiten en bedrijven haastten zich om te profiteren van de innovatieve technologie. Ze gingen zelf octrooiaanvragen indienen. Zo ontstond een ware race om de beste batterij te ontwikkelen.
Batterijwereld in ontwikkeling
De ontwikkelingen in de batterijwereld volgen elkaar nog steeds in hoog tempo op. De capaciteit (in verhouding tot het gewicht), de (sociale) duurzaamheid van de materialen, en de veiligheid staan bij wetenschappers en bedrijven volop onder de aandacht. Dit heeft geleid tot innovaties zoals de solid-state batterij (met vaste in plaats van vloeibare onderdelen, en daardoor minder brandbaar). Maar ook tot het gebruik van andere materialen, zoals silicium, koperschuim en allerlei natuurlijke materialen. De batterij van het Israëlische StoreDot laadt een telefoon in minder dan een minuut op. Begin dit jaar kreeg het bedrijf een octrooi toegewezen voor het doorontwikkelen van deze technologie voor auto’s.
Vijftig jaar na de uitvinding van de eerste oplaadbare batterij is het doel inmiddels: je auto opladen in zo’n vijf minuten.
- 1970: Stanley Whittingham ontwikkelt oplaadbare batterij van titanium disulfide en lithium
- 1977: eerste octrooi op deze oplaadbare batterij verleend.
- 1980: John B. Goodenough creëert en octrooieert een batterij met kobaltoxide. De batterij levert meer energie en is veiliger.
- 1983: Akira Yoshino ontwikkelt en octrooieert verbeterde batterij. Het lithium in de anode is vervangen door petroleumcokes en gecombineerd met de lithiumkobaltoxide kathode.
- 1991: eerste veilige lithium-ionbatterij op de markt.
- 2020: octrooi voor techniek snelladen van batterij voor elektrische auto’s.
