Tiede

Kemian Nobelin palkinto litiumioniakun kehittäjille, keksintö on miltei jokaisen taskussa

Palkinnon saa kolmikko John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham ja Akira Yoshino. He ovat kehittäneet vuosia yhdessä ja erikseen litiumioniakkuja ja -paristoja.

Kemian Nobelin palkinnon saavat tänä vuonna John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham ja Akira Yoshino. He ovat kehittäneet jo vuosikymmeniä litiumioniakkuja ja -paristoja.

Litiumioniakut ovat arkisessa käytössämme, kännyköissä, kannettavissa tietokoneissa ja sähköautoissa.

Autot voivat parempien akkujen ansiosta kulkea sähköllä yhä pitempiä matkoja.

Litiumioniakut vievät kohti langatonta ja fossiilista polttoaineista vapaata yhteiskuntaa.

Niiden avulla voi varastoida energiaa, jota saadaan uusiutuvista lähteistä. Ihmiset voivat niiden avulla viestiä tehokkaasti, tehdä töitä, opiskella, kuunnella musiikkia ja hakea tietoa.

Litiumioniakun voi ladata satoja kertoja.

Palkitut tutkijat loivat litium­ioniakun teoriaa jo 1970-alussa. Silloin oli öljykriisi ja öljyn hinta nousi nopeasti.

Tämä sai tutkijat etsimään vaihtoehtoisia energianlähteitä. Yksi heistä oli Stanley Whittingham. Hän yritti kehittää öljy-yhtiö Exxonin palveluksessa energiatekniikoita, jotka voisivat auttaa irtautumaan fossiilisista polttoaineista.

Hän tuli yhtiöön Stanfordin yliopistosta. Siellä hän tutki materiaaleja, joihin varatut ionit voisivat kiinnittyä. Hän tutki uteliaisuuttaan suprajohteita. Ne ovat ainetta, joissa sähkö kulkee hyvin kylmässä lähes vastuksetta.

Whittingham löysi hyvin energiatiheää ainetta, jota hän sijoitti kokeeksi katodiksi litiumparistoon. Se tehtiin titaanidisulfidista.

Tässä aineessa on molekyylien kokoluokassa tiloja, joihin mahtuu paljon alkuaine litiumin varattuja hiukkasia, litiumioneja.

Akun toinen osapuoli anodi oli osittain valmistettu metallisesta litiumista. Sillä puolestaan on kyky vapauttaa elektroneja.

Tämä johti akkuun, jolla oli kirjaimellisesti suuri nimellis­jännite, hieman yli kaksi volttia. Puhdas metallinen litium on kuitenkin vaarallista. Se reagoi liian helposti ja voi räjähtää.

Akkuun lisättiin alumiinia, jolloin siitä tuli turvallisempi. Tällaisia akkuja alettiin valmistaa vuoden 1976 jälkeen pienissä erissä. Esimerkiksi sveitsiläinen kellonvalmistaja tilasi niitä kelloihin, jotka kävivät aurinko­energialla.

Öljyn hinta aleni taas 1980-luvun alussa, ja Exxon myi Whittinghamin akkutekniikan lisenssillä kolmelle eri yhtiölle.

Toinen kemian nobelisti John Goodenough ennusti, että katodista voisi saada irti vielä enemmän tehoja, jos se valmistettaisiin käyttämällä metallioksidia. Se korvaisi akussa metallisulfidin.

Perusteellisen tutkimuksen jälkeen hän osoitti vuonna 1980, että kobolttioksidi voi litiumionien kanssa tuottaa jopa neljän voltin sähköjännitteen tavallisen 1,5 voltin sijasta.

Tämä oli tärkeä läpimurto. Se oli johtava paljon tehokkaampiin paristoihin.

Yksi Goodenoughin idea oli, että akkuja ei tarvinnut varata ennalta vaan ne saattoi varata valmistuksen jälkeen.


Japanilainen Akira Yoshino loi Goodenoughin katodin pohjalta ensimmäisen kaupallisesti kannattavan litiumioniakun. Elettiin vuotta 1985.

Hän ei käyttänyt akussaan helposti reagoivaa litiumia. Tilalle hän laittoi öljykoksia.

Se on hiilipitoinen materiaali, johon myös sopii paljon litiumioneja kuten katodin koboltti­oksidiin. Litiumionit ovat turvallisia käyttää.

Yoshinon työn tuloksena syntyi kevyt ja kestävä akku. Se voitiin ladata satoja kertoja ennen kuin sen suorituskyky alkoi heiketä.

Litiumioniakkujen etuna on, että ne eivät perustu kemiallisiin reaktioihin vaan litiumioneihin, jotka virtaavat edestakaisin anodin ja katodin välillä.

Nämä litiumioniakut ovat mullistaneet elämäämme siitä lähtien, kun ne saapuivat ensimmäisen kerran markkinoille aivan 1990-luvun alussa eli 1991.

Markkinoille alkoi tulla yhä pienempiä kännyköitä, ja kannettavat tietokoneet ohenivat. Myös ohuita tabletteja alettiin kehittää.


”Litiumioniakuissa Suomella on erittäin hyviä mahdollisuuksia. Olemme erityisesti vahvoja akkumateriaalien ja akkukemikaalien jalostuksessa”, toteaa Oulun yliopiston soveltavan kemian professori Ulla Lassi.

Kemian Nobelin aihepiiri koskettaa läheisesti Lassin tutkimusryhmän omaa tutkimusta.

Aalto-yliopiston professori Maarit Karppinen toivoi myös jo aiemmin, että epäorgaaninen kemia ja materiaalitieteet saisivat kemian Nobelin.

Hän ehdotti Nobelin palkinnon saajaksi jo 2017 nyt palkittua Goodenoughia.

Yhdysvaltalainen keksijä on on jo 97-vuotias ja vanhin Nobelin palkinnon saaja. Karppinen on julkaissut Goodenoughin kanssa useita tutkimuksia.

Akkujen tärkeä aine litium on alkuainetta, jota syntyi jo alku­räjähdyksessä.

Sen löysivät luonnosta ruotsalaiset kemistit Johan August Arfwedson ja Jöns Jacob Berzelius vuonna 1817. He olivat puhdistaneet litiumia kaivoksen mineraalinäytteestä.

Litium on hyvin kevyt metallinen alkuaine. Se on kolmanneksi kevein alkuaine vedyn ja heliumin jälkeen. Litiumakut korvanneet muun muassa vanhempia nikkeli-kadmiumakkuja.

Viikolla on julkistettu ja julkistetaan eri Nobelin palkintoja.

Lääketieteen Nobel annettiin maanantaina solujen hapenkäytön tutkijoille. Fysiikan palkinnon saivat tiistaina maailmankaikkeuden taustasäteilyn ja eksoplaneettojen tutkijat.

Kirjallisuuden palkinto on vuorossa torstaina ja rauhanpalkinto perjantaina.

Ota kaikki irti Hesarista
HS Digillä saat kaikki Hesarin digisisällöt käyttöösi

Kommentit

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Ei vielä nimellä kirjoitettuja kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Keväällä Fazerin asmr-mainos sai monet raivon partaalle, ja nyt myös Mainonnan eettinen neuvosto otti siihen kantaa

    2. 2

      Demokraattien Nancy Pelosi kertoi syistä, miksi Trump sai ”hermoromahduksen” Syyria-kokouksessa

    3. 3

      Johanna Huhtamäki, 38, kuuli oudon äänen, eikä tiennyt sen kielivän kuolemasta – Nyt hän toteuttaa unelmiaan, sillä pian saattaa olla liian myöhäistä

      Tilaajille
    4. 4

      Äiti eristi lehmätaiteilija Miina Äkkijyrkkän lapsena vasikkakarsinaan – itse hän itkee, jos lapset pitävät hänestä hengähdystaukoa

    5. 5

      Suomalainen Antti Haataja voitti toisen palkinnon ”luontokuvien Oscareissa” kuvallaan jäniksestä talvimaisemassa

    6. 6

      Ravintolayhtiö ajautui ongelmiin ja joutuu lopettamaan kaikki ravintolansa: Klassikkoravintolat Rivoli ja Rivoletto sulkevat ovensa

    7. 7

      USA:n varapresidentti Pence: Turkki suostunut tulitaukoon

    8. 8

      Kommentti: Opiskelijoiden lihansyönnistä kasvoi ”kulttuurisota”, joka saattaa ratketa perussuomalaisten voittoon

    9. 9

      Heikko pohjelihas vaikuttaa kävelytapaan ja aiheuttaa monia vaivoja – Yksinkertainen testi osoittaa, onko pohkeissasi riittävästi voimaa

      Tilaajille
    10. 10

      Kaikki Triplasta: HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten uudessa Pasilassa liikutaan

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Johanna Huhtamäki, 38, kuuli oudon äänen, eikä tiennyt sen kielivän kuolemasta – Nyt hän toteuttaa unelmiaan, sillä pian saattaa olla liian myöhäistä

      Tilaajille
    2. 2

      Demokraattien Nancy Pelosi kertoi syistä, miksi Trump sai ”hermoromahduksen” Syyria-kokouksessa

    3. 3

      Kaikki Triplasta: HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten uudessa Pasilassa liikutaan

    4. 4

      Keväällä Fazerin asmr-mainos sai monet raivon partaalle, ja nyt myös Mainonnan eettinen neuvosto otti siihen kantaa

    5. 5

      EU-johtajat hyväksyivät Britannian ja EU:n uuden brexit-sopimuksen – Tämä sopimuksesta tiedetään juuri nyt

    6. 6

      Kommentti: Opiskelijoiden lihansyönnistä kasvoi ”kulttuurisota”, joka saattaa ratketa perussuomalaisten voittoon

    7. 7

      Verenkierto-ongelmat voivat näkyä kynsistä – Näin tunnistat poikkeavat kynnet, jotka saattavat olla merkki terveysongelmista

      Tilaajille
    8. 8

      Tripla avattiin: Kuvat ja video esittelevät Pasilan uuden keskuksen

    9. 9

      Heikko pohjelihas vaikuttaa kävelytapaan ja aiheuttaa monia vaivoja – Yksinkertainen testi osoittaa, onko pohkeissasi riittävästi voimaa

      Tilaajille
    10. 10

      Kommentti: Kuka putoaa kyydistä? Triplan kauppakeskus on yllätyksetön, mutta nyt alkavassa pudotuspelissä sillä on yksi valtti

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kaikki Triplasta: HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten uudessa Pasilassa liikutaan

    2. 2

      Jos surmaaja soittaa itse hätäpuhelun, hän tekee yleensä samat virheet

      Tilaajille
    3. 3

      Roskapankin portsari löi ja Sakari Lauriala nautti – Armoton harrastus oli tappaa miehen, jonka työ oli kohdata kuolleiden omaisia

      Tilaajille
    4. 4

      Näyttelijä Minna Kivelä kertoo, millaista on asua Suomen suurimmassa taloyhtiössä yli tuhannen naapurin kanssa

      Tilaajille
    5. 5

      Johanna Huhtamäki, 38, kuuli oudon äänen, eikä tiennyt sen kielivän kuolemasta – Nyt hän toteuttaa unelmiaan, sillä pian saattaa olla liian myöhäistä

      Tilaajille
    6. 6

      Potkujen antaminen oli MTV Uutisten entiselle päätoimittajalle liikaa: ”Ilmoitin, että sanon itseni irti ensimmäiseksi”

    7. 7

      Mitä tehdä, jos tarjoilija avaa viinipullon, antaa maistaa lasista mutta viini onkin pahaa? ”Se on asiakkaan ongelma, pullo on jo avattu häntä varten”

      Tilaajille
    8. 8

      ”Olen 31, enkä ole seurustellut kertaakaan” – Lyhyet miehet kertovat, millaista on elää maailmassa, jossa pituutta pidetään miehen mittana

      Tilaajille
    9. 9

      Demokraattien Nancy Pelosi kertoi syistä, miksi Trump sai ”hermoromahduksen” Syyria-kokouksessa

    10. 10

      Suomea uhkaavat ”todella huonot ajat”, sanoo Elina Lepomäki

    11. Näytä lisää