Die Arbeit an der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien hat Professor Stanley Whittingham nun den Hauptpreis von VinFuture eingebracht, doch zum Zeitpunkt seiner Erfindung wurde er nicht gut aufgenommen, da das Produkt zu neu war.
Professor Stanley Wittingham (82 Jahre), Binghamton University, State University of New York, USA, ist einer von vier Wissenschaftlern , die den VinFuture Grand Prize im Wert von 3 Millionen USD (entspricht 73 Milliarden VND) erhalten. Seine Erfindung schafft eine nachhaltige Grundlage für grüne Energie durch die Produktion von Solarzellen und die Speicherung mit Lithium-Ionen-Batterien.
Professor Stanley Wittingham erfand das Funktionsprinzip der Lithium-Ionen-Batterie und wies die Rolle von Lithium-Ionen als effiziente Ladungsträger nach. Seine Beiträge waren entscheidend für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien, die heute in nahezu allen Geräten von Mobiltelefonen und Laptops bis hin zu Elektroautos zum Einsatz kommen.
Vor der Einführung von Lithium-Ionen-Akkus waren Säure- und Alkalibatterien die beiden weltweit gebräuchlichsten Batterietypen. Der Nachteil dieser Batterien liegt in ihrer geringen Energieausbeute. Alkali- und Nickelbatterien sind extrem giftig und werden daher heute nicht mehr im öffentlichen Raum verwendet. Säurebatterien sind zwar weniger giftig, aber ihre Wiederverwertung und Wiederverwendung gestalten sich schwierig. Lithium-Ionen-Akkus benötigen weniger Platz, liefern aber die fünffache Energie und sind zu 99 % recycelbar – das ist der entscheidende Unterschied.
Um 1974 entwickelten Stanley Wittingham und sein Forschungsteam die erste Version von Lithium-Ionen-Batterien, die Energie speichern konnten. „Sie wurde jedoch nicht gut aufgenommen, vielleicht war unser Produkt zu früh geboren, seiner Zeit zu weit voraus“, sagte er und verriet, dass er eine Pause von acht bis zehn Jahren einlegen musste, weil er nicht wahrgenommen wurde.
Er gab offen zu, dass diese Art von Batterie anfangs hauptsächlich in Blackboxes und einigen Uhrenmodellen verwendet wurde. Später erkannten einige große Hersteller, dass es sich um eine unverzichtbare Technologie handelte. Sony beispielsweise wollte diese Technologie in seine Produkte integrieren und wandte sich an ihn. Seitdem ist diese Batterieart weit verbreiteter.
Präsident Vo Van Thuong (links) überreicht die Auszeichnungen an die vier Preisträger des VinFuture-Preises 2023, darunter Professor Stanley Whittingham (Mitte). Foto: Giang Huy
Sein Beitrag bestand in der Entdeckung, dass die Speicherung von Lithiumionen zwischen Titansulfidplatten Strom erzeugt. So wird die enorme Energie des Lithiums genutzt, um die Elektronen der äußeren Schicht freizusetzen. Professor Stanley erklärte, dass die wichtigste Eigenschaft der Batterietechnologie die Fähigkeit zur Energiespeicherung und zum schnellen Aufladen sei. Dies sei eine Eigenschaft, die jeder wünsche. Der Mechanismus dieser Batterietechnologie lässt sich mit einem Sandwich vergleichen: In der Mitte befindet sich eine Lithiumverbindung. Zum Laden wird das Lithium herausgezogen und anschließend wieder in die Schichten geschoben.
Er war ein Pionier auf dem Gebiet der Elektrodeninterkalation. Darüber hinaus konzentrierte er sich auf die Verbesserung der strukturellen Stabilität und der Zyklenkapazität von Batterien durch die Anwendung von Mehrelektronen-Interkalationsreaktionen zur Steigerung ihrer Stabilität und Kapazität.
Aus den anfänglichen sechs bis acht Kernmitgliedern wuchs die Forschungsgruppe des Professors allmählich auf fast 30 Personen an, darunter auch Kooperationspartner aus der Physik und Materialwissenschaft. Herr Stanley erklärte jedoch, der Forschungsweg sei nicht immer reibungslos verlaufen; es habe eine Zeit gegeben, in der die Batterieforschung kein aktuelles Thema mehr gewesen sei.
Lithium-Ionen-Akkus werden mittlerweile in fast allen Geräten eingesetzt, die Batterien benötigen – von Handys, Uhren und Computern bis hin zu Fahrzeugen und großen Unternehmen, die Solar- und Windenergie produzieren. „Eigentlich hätte ich schon vor 20 Jahren in Rente gehen sollen, aber ich hätte nicht gedacht, dass ich heute hier sitzen und sehen würde, wie immer mehr Elektrofahrzeuge Batterien nutzen, wie beispielsweise VinFast mit seinen Elektroautos, Elektrobussen und Elektromotorrädern“, sagte er.
Stanley Whittingham. Foto: Phuoc Van
Für seine Arbeit an der Entwicklung der ersten Lithiumbatterie wurde Professor Stanley Whittingham 2019 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Er teilte sich die Auszeichnung mit Professor John Goodenough (Universität von Texas) und Professor Akira Yoshino (Meijo-Universität). Laut der Nobelstiftung haben Lithium-Ionen-Batterien seit ihrer Markteinführung 1991 das menschliche Leben revolutioniert und den Grundstein für eine drahtlose und fossilfreie Gesellschaft gelegt. Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien ermöglichte zudem Elektrofahrzeuge und förderte die Entwicklung der drahtlosen Kommunikation.
Er scherzte, er habe nicht mehr genug Zeit, um zu testen, ob Lithiumbatterien angesichts der Umweltprobleme tatsächlich „die Retter der Erde“ seien. Song erklärte, er habe sich während seiner gesamten wissenschaftlichen Laufbahn für Nachhaltigkeit im Batterie- und Umweltbereich interessiert. Batterien müssten mit weniger Energie produziert werden, und auch der Transport über Tausende von Kilometern von einem Land ins andere verbrauche viel Energie. Daher hoffe er, dass Regionen und Länder ihre eigenen Lithiumbatterien herstellen könnten.
Auf die Frage nach Lithiumbatterien, die viele seltene Metalle enthalten, deren Vorräte zur Neige gehen können, erklärte Professor Stanley Whittingham, man wolle künftig auf Metalle verzichten, deren Abbau Kinderarbeit erfordert. Nickel werde weiterhin häufig verwendet, Phosphat habe zwar eine geringere Energiedichte, sei aber günstiger, weshalb man sich auf dessen Förderung konzentriere. Er wies außerdem darauf hin, dass bei effizienterer Nutzung von Halbleitern weniger Batterien benötigt würden. „Vor zehn Jahren, als wir noch Computer nutzten, überhitzten diese oft. Heute ist dieses Phänomen kaum noch zu beobachten, da die Halbleiter in Computern viel effizienter arbeiten“, sagte er.
Stanley Whittingham ist seit 1988 Professor an der Binghamton University. Seine Forschungsgruppe besteht aus erfahrenen Wissenschaftlern und sucht zudem nach Nachwuchsforschern, mit denen er gerne in Kontakt treten möchte. Bei seinem dritten Besuch in Vietnam gab er jungen Wissenschaftlern zwei Ratschläge: Erstens, man solle sich stets mit Themen beschäftigen, die einen interessieren und begeistern, und sich nicht zu sehr auf das Geld konzentrieren. Zweitens, man müsse bereit sein, in schwierige Forschungsfelder zu investieren und dabei Risiken einzugehen; man solle nicht zu konservativ sein.
Nhu Quynh
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