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

      Moni haksahtaa lisäravinteisiin, vaikka hyödyt ovat usein olemattomia – Nämä harvat lisäravinteet ovat oikeasti hyödyksi

    2. 2

      Erja ja Timo Noroviita haluaisivat adoptoida Zirak Bayatin, 33, sillä miestä uhkaa käännytys Irakiin – adoptiolaki on iän suhteen selvä, sanoo asiantuntija

    3. 3

      Helsingin yliopiston ravintolat lopettavat naudanlihan tarjoilun

    4. 4

      Kun laki kielsi tyttöjen sukuelinten silpomisen, kenialaiset alkoivat silpoa yhä nuorempia: ”Normaali osa naisen elämää”, sanoo ylpeä ympärileikkaaja

      Tilaajille
    5. 5

      Rakennusyhtiön mukaan Pasilasta tulee Triplan avulla Helsingin uusi sydän – Asiantuntijat kertovat, miksi niin ei käy

    6. 6

      Vapaa seksi ja huumesekoilut jättivät jäljet paratiisisaaren lapsiin, yksi Hydran hippiajan lapsista oli Leonard Cohenin kasvattivauva

      Tilaajille
    7. 7

      Yhä harvempi nuori aikuinen pääsee kiinni omistus­asuntoon, ja se mullistaa heidän talousnäkymänsä

      Tilaajille
    8. 8

      Fingerpori-elokuva saattaa naurattaa, jos ei ole koskaan nähnyt kyseistä sarjakuvaa

    9. 9

      Trump pyysi Erdoğania lopettamaan hyökkäyksen Syyriaan ja kertoi asettavansa Turkille pakotteita: ”Olen valmistautunut tuhoamaan Turkin talouden nopeasti”

    10. 10

      Suomalaiset asejoukot tappoivat siviilejä, teloittivat vankeja ja ryöstivät kartanoita Viron vapaussodassa – Uusi tutkimus saa lukijan tuntemaan häpeää

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kotona tehtävä tikkutesti on paljastanut jo monia oireettomia suolistosyöpiä

    2. 2

      Vantaan perussuomalaisten erottama Tanja Vahvelainen harkitsee oikeustoimia

    3. 3

      Ilkeä puhetapa on luikerrellut parisuhteisiin, sanoo parisuhdekouluttaja: ”Harmaannuttaa paljon pariskunnan välejä ja ilmapiiriä”

      Tilaajille
    4. 4

      Trump pyysi Erdoğania lopettamaan hyökkäyksen Syyriaan ja kertoi asettavansa Turkille pakotteita: ”Olen valmistautunut tuhoamaan Turkin talouden nopeasti”

    5. 5

      Ihminen koskettelee kasvojaan parin minuutin välein, mutta valehtelija tekee sen eri tavalla kuin muut

      Tilaajille
    6. 6

      Moni haksahtaa lisäravinteisiin, vaikka hyödyt ovat usein olemattomia – Nämä harvat lisäravinteet ovat oikeasti hyödyksi

    7. 7

      Uutta tietoa Kuopion kouluhyökkäyksen tutkinnasta: Hyökkääjää epäillään myös törkeän väkivaltarikoksen valmistelusta

    8. 8

      ”Aamulla laitoin viestin Wilmaan: nukkui pois” – Helsinkiläiset kertovat kommelluksistaan Wilma-järjestelmässä

    9. 9

      Rakennusyhtiön mukaan Pasilasta tulee Triplan avulla Helsingin uusi sydän – Asiantuntijat kertovat, miksi niin ei käy

    10. 10

      Pasilan Triplan viimeistelytyöt eivät valmistu ajoissa

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Jos surmaaja soittaa itse hätäpuhelun, hän tekee yleensä samat virheet

      Tilaajille
    2. 2

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

      Tilaajille
    3. 3

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

      Tilaajille
    4. 4

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

    5. 5

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

      Tilaajille
    6. 6

      Suomea uhkaavat ”todella huonot ajat”, sanoo Elina Lepomäki

    7. 7

      Nämä 9 videopätkää osoittavat, miten takavuosien suomalainen tv muuttui tunkkaiseksi ja vanhentuneeksi – menisikö mikään näistä enää läpi? Kerro mielipiteesi

    8. 8

      Kotona tehtävä tikkutesti on paljastanut jo monia oireettomia suolistosyöpiä

    9. 9

      Miksi ennakkosuosikkina pidettyä Greta Thunbergia ei valittu Nobelin saajaksi? HS käy läpi neljä mahdollista syytä

    10. 10

      Sofia maksoi yli 450 euroa palvelusta, jota ei edes käyttänyt – Uusi ilmiö osoittaa, että rahaa on vaikea hahmottaa, kun sitä ei näe

      Tilaajille
    11. Näytä lisää