De Nobelprijs voor Scheikunde 2019 werd op woensdag 9 oktober 2019 uitgereikt aan drie mensen uit twee landen. Deze drie wetenschappers hebben de Nobelprijs voor de Scheikunde ontvangen voor hun werk bij de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen.
De drie wetenschappers zijn
- Frances Arnold uit de Verenigde Staten
- George Smith uit de Verenigde Staten
- Gregory Winter uit Engeland
Lithium ion batterij
Lithium-ionbatterijen of ook wel bekend als Li-ion- of LIB-batterijen zijn een van de oplaadbare batterijen . In deze batterij verplaatsen lithiumionen zich van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode wanneer deze wordt losgelaten, en terug wanneer deze wordt opgeladen.
In vergelijking met traditionele batterijtechnologie laden deze lithiumbatterijen sneller op, gaan ze langer mee en hebben ze een hogere vermogensdichtheid voor een langere levensduur van de batterij in een lichtere verpakking.
Werkingsprincipe van lithium-ionbatterijen
In principe is het werkingsprincipe van lithium-ionbatterijen anders dan alkalinebatterijen (zoals batterijen voor tv-afstandsbedieningen). Dit verschil biedt een veel groter voordeel bij de ontwikkeling van batterijen.
De elektroden in een lithiumionbatterij bestaan uit grafiet en lithiumkobaltoxide. Grafiet heeft zwakkere elektronische capaciteiten dan zink, dat gewoonlijk in alkalinebatterijen wordt gebruikt.
Het lithiumkobaltoxidegedeelte van de Li-ionbatterij kan elektronen veel sterker aantrekken dan mangaanoxide - waardoor de batterij meer energie kan opslaan in dezelfde hoeveelheid ruimte dan alkalinebatterijen.
De oplossing die grafiet en lithiumkobaltoxide scheidt, bevat positief geladen lithiumionen, die gemakkelijk chemische bindingen vormen en verbreken wanneer de batterij wordt ontladen en opnieuw wordt opgeladen.
Lees ook: Weer druk bezig met Black Hole, laten we het dieper bekijken!
Deze chemische reacties kunnen op beide manieren plaatsvinden, in tegenstelling tot de vorming van zinkoxide, waardoor elektronen en lithiumionen heen en weer stromen in veel laad- en ontlaadcycli.
Uitdagingen voor batterijontwikkeling
Het proces op een lithium-ionbatterij levert zeker geen 100% efficiëntie op. Alle batterijen verliezen uiteindelijk hun vermogen om energie op te slaan. Toch is de chemische verbinding met Li-ion sterk genoeg geweest om de huidige batterijtechnologie te domineren.
De belangrijkste uitdaging bij de ontwikkeling van batterijen en energieopslag in het algemeen is het vermogen om energie op te slaan, dus wetenschappers proberen batterijen te bouwen die nog beter zijn in termen van opslagefficiëntie.
Het upgraden van een batterij vereist de expertise van chemici en natuurkundigen om veranderingen op atomair niveau te zien, evenals mechanische en elektrotechnici die de batterijpakketten kunnen ontwerpen en monteren die het apparaat voeden.
Referentie
- Ontwikkel de lithiumbatterij 3, deze wetenschapper won de Nobelprijs
- Hoe de lithiumbatterij werkt, schakelt onze mobiele telefoons in
