Litij ionske baterije prinesle Nobelovo nagrado
Silovitega razvoja tehnologije, ki nam omogoča v žepu nositi več računske moči, kot je je bilo pred desetletji sploh na svetu, ne bi bilo brez često spregledane tehnologije. Danes so litij-ionske baterije nepogrešljiv del vseh prenosnih naprav. Pomembnost tega odkritja je prepoznala tudi Kraljeva akademija znanost na Švedskem, ki letošnjo Nobelovo nagrado za kemijo podeljuje za odkritje litij-ionskih baterij. Prejeli jo bodo John Goodenough iz ZDA, Stanley Whittingham iz Velike Britanije in Akira Jošino iz Japonske.
Baterije so same po sebi sorazmerno preprosta tehnologija. Če z električnim vodnikom povežemo kovini (ali kakšna druga materiala), ki imata različen elektrokemični potencial, bo med njima stekel električni tok. Poskrbeti moramo še, da lahko prehajajo tudi pozitivno nabiti ioni, sicer bi se tok zaradi ločitve naboj hitro ustavil. Tipičen primer je šolska baterija – v bakrov sulfat namočimo bakreno ploščico, v cinkov sulfat pa cinkovo. Raztopini povežemo tako, da se ne mešata, a lahko med njima prehajajo ioni, hkrati pa elektroni tečejo po žici s cinka na baker. Cinkova elektroda se raztaplja, ko se cink spreminja v cinkov sulfat, bakrena elektroda pa debeli, ko se bakrovi ioni iz raztopine reducirajo v baker in nalagajo na njej.
Hudič je vedno v podrobnostih. Takih baterij ni možno ponovno napolniti in so nasploh nepraktične, ker prihaja do sprememb elektrod. Pa tudi zelo težke so. Letošnji Nobelovi nagrajenci so odkrili, kako delujejo litij-ionske baterije. Whittingham je v 70. letih delal v podjetju Exxon, ki je financiralo tudi razvoj drugih načinov shranjevanja energije kakor nafta – na primer baterij. Ugotovil je, da če je katodni material titanov disulfid, anoda pa litij, se bodo litijevi ioni vgrajevali v titanov disulfid (temu pravimo interkalacija, ker ne pokvarijo strukture, le v vmesne prostore se vgradijo).
Goodenough je kasneje, ko je v 80. letih Exxon nehal financirati baterije, koncept izpopolnil. Odkril je, da je namesto titanovega disulfida bolje vzeti litij-kobaltov oksid. Preizkusil je stotine spojin in omenjena se je izkazala najbolje. Akira Jošito pa je naredil ključni korak v začetku 90. let, ko je namesto litija uporabil ogljikov material za anodo. Rezultat je litij-ionska baterija, ki se dandanes uporablja povsod, kjer potrebujemo visoke kapacitete ob nizki masi.
Litij-ionske baterije imajo več prednosti, med katerimi velja izpostaviti odpornost na šoke, odsotnost spominskega efekta in lahkost. Ker gre le za potovanje litijevih ionov z anode na katodo in nazaj, kjer ne pride do spremembe strukture nobene od elektrod, se baterije lahko več stokrat ali tisočkrat napolnijo. Staranje baterije je zelo počasno. Poleg tega je litij najlažja kovina so take baterije zelo lahke. Razvoj se seveda še ni ustavil, temveč se baterije neopazno, a vztrajno izboljšujejo. Ali bo v prihodnosti litij nadomestilo kaj drugega, bomo videli. Veliko pričakujejo od magnezija, a imajo te baterije še toliko težav, da za zdaj niso zapustile raziskovalnih laboratorijev.
O litij-ionskih baterijah smo v naši reviji pisali že dvakrat: o litiju in o potrebnih primeseh.