Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2019

Die schönsten Träume von Freiheit werden im Kerker geträumt.
(Friedrich Schiller)

27. Juli 2024

Lithium (Li) ist ein chemisches Element, das im Periodensystem ganz links in der ersten Gruppe steht. Es ist das leichteste Metall in der Natur. In der äußeren Schale der Lithium- Atome befindet sich nur ein schwach gebundenes Elektron, das sehr leicht abgegeben wird. Wenn Atome Elektronen verlieren oder aufnehmen, verwandeln sie sich in elektrisch geladene Ionen - beim Lithium entstehen positiv geladene Ionen (Li+). Ionos bedeutet "Wanderer" oder "Gehender". Diese Teilchen haben die Eigenschaft, in elektrischen Feldern zu wandern.

Lithium hat von allen Metallen das höchste elektrochemische Potential, es ist ein idealer Stoff für Batterien, die im Prinzip einfach aufgebaut sind. Zwei verschiedene Metalle tauchen in eine elektrisch leitende Flüssigkeit (Elektrolyt). Verbindet man die beiden Metalle, beginnt ein Strom zu fließen. Man kann beispielsweise mit einem Apfel, einer Büroklammer und einem Kupferdraht eine Batterie basteln.

Explosion

Während der Erdölkrise in den Siebzigerjahren baute der britische Chemiker Stanley Wittingham (* 1941) die erste Lithiumbatterie mit 2,5 Volt. Es gab dabei ein Problem. Wenn an der Anode gewachsene Lithiumkristalle sich lösten und zur Titansulfid-Kathode wanderten, gab es gelegentlich einen Kurzschluss samt Explosion. Der Arbeitgeber, die Firma Exxon, reagierte und kürzte die Forschungsgelder. Der US-Amerikaner John Goodenough (* 1922) führte die Arbeiten trotzdem weiter und verwendete neu entwickelte Kathoden aus Kobaltoxid.

Unterhaltungselektronik

Der dritte Nobelpreisträger kommt aus Japan, wo wegen der schnell wachsenden Industrie der Unterhaltungselektronik der Bedarf an leistungsfähigen und leichten Batterien besonders groß war. Akira Yoshino (* 1948) war Grundlagenforscher beim Chemiekonzern Asahi Kasei. Er benützte die von Goodenough entwickelte Kathode aus Kobaltoxid, als Anode verwendete er ein kohlenstoffhaltiges Abfallprodukt der Ölindustrie. Wenn dieses Material elektrisch aufgeladen wird, lassen sich Lithiumionen gut einlagern. Dieser Akku konnte hunderte Male auf- und entladen werden, ohne dass sich die Struktur der Elektroden änderte. Die Erfindung kam 1991 auf den Markt.

"Lithium-Ionen-Batterien haben unser Leben revolutioniert", schreibt das Nobelpreiskomitee in seiner Begründung. Die Arbeit der Forscher hat den Grundstein für diese Revolution gelegt. Unsere digital-mobile Welt, in der die Menschen mit ihren Smartphones Musik hören oder Videos anschauen können, wäre ohne solche Batterien nicht denkbar. Ob unsere autistische Smartphone-Gesellschaft mit altmodischen Büchern und Tischgesprächen nicht doch besser dran wäre, ist eine andere Frage.

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.