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 tuntee ihmisen, joka haluaa olla aina oikeassa – Psykoterapeutti neuvoo, miten pätijän kanssa pärjää

      Tilaajille
    2. 2

      HS:n videografiikka näyttää, miten Suomen maalit EM-karsinnoissa ovat syntyneet – Teemu Pukin maaleissa toistuu yksi kaava

      Tilaajille
    3. 3

      Puolet suomalaisista saa liian vähän tiamiinia – Jos puutos jatkuu pitkään, se voi aiheuttaa joukon sekalaisia oireita

    4. 4

      KHO: Vantaa saa lunastaa 300 vuotta saman suvun omistuksessa olleen tilan asuntojen rakentamista varten

    5. 5

      Yrittäjä­kaksikko sijoitti ensimmäisten joukossa Supercelliin, jonka arvon­nousulle vetävät vertoja lähinnä Google ja Alibaba – nyt heillä on uusi 130 miljoonan euron rahasto

    6. 6

      Notre Damen uusi julkisivu kuumentaa tunteita Ranskassa – remontista vastaava kenraali käski arkkitehtiä ”tukkimaan turpansa”

    7. 7

      Menestyjät menestyivät, kun Helsinki antoi kaupunkilaisten päättää, miten rahaa tulisi käyttää

    8. 8

      Malesialaiskoneen alasampumisen tutkijat julkaisivat äänitteitä Ukrainan separatistien ja Venäjän upseerien puhelinkeskusteluista

    9. 9

      Uusi Škoda Superb on iso, mukava ja ylellinen – Volkswagenin johdon mielestä jo liiankin hyvä

      Tilaajille
    10. 10

      Suomalainen sukujuhla on kuin matala-asteinen tulehdus, Yasu Jukkola havaitsi – Etiopiasta adoptoitu orpo näki Suomen ulkopuolisen silmin ja toi tänne twerkkauksen

      Tilaajille
    11. Näytä lisää
    1. 1

      Puolet suomalaisista saa liian vähän tiamiinia – Jos puutos jatkuu pitkään, se voi aiheuttaa joukon sekalaisia oireita

    2. 2

      Heini Maksimaisen laskut jäivät maksamatta ja pyykit pesemättä, vaikka töissä kaikki sujui hyvin – Tällaista on arjenhallintauupumus, josta moni millenniaali kärsii

      Tilaajille
    3. 3

      KHO: Vantaa saa lunastaa 300 vuotta saman suvun omistuksessa olleen tilan asuntojen rakentamista varten

    4. 4

      Sähköpotkulautojen synkkä saldo Helsingissä: 400 potilasta sairaaloissa, yhdeksän aivovammaa

    5. 5

      Suomesta palautettu irakilaismies surmattiin Bagdadissa – Suomi rikkoi ihmisoikeus­sopimusta, linjasi EIT

    6. 6

      Yhden tv-historian pitkäikäisimmän tv-ohjelman tulevaisuus on vaakalaudalla, saippuasarjan kaikkien näyttelijöiden sopimukset purettiin

    7. 7

      Osa ihmisistä löytää itsensä vasta äärirajoilla, ja heitä yhdistävät samat piirteet – Henri Ansio oli 110-kiloinen lukiolainen, kunnes päätti ottaa itsestään kaiken irti

      Tilaajille
    8. 8

      200 miljardiin kasvanut kansallisaarre ei olekaan pyhä – Mitä tapahtuu, jos hallitus kajoaa suomalaisten eläkesäästöihin?

      Tilaajille
    9. 9

      Legendaarinen leipomo Espoossa ei uskalla etsiä uusia tuotantotiloja, vaikka vanhat ovat aivan liian pienet: ”Se olisi täysin mahdotonta”

    10. 10

      Poliisi ei aloita esitutkintaa Jussi Halla-Ahon twiitistä, Abdirahim ”Husu” Hussein teki rikosilmoituksen kunnianloukkauksesta

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Tuomas Uutela ja Ilkka Mannikainen saattavat lentää monta tuntia vain käydäkseen vessassa toisessa maassa – He harrastavat lentopisteiden keräämistä

      Tilaajille
    2. 2

      Kaupunginvaltuutettu Abdirahim ”Husu” Hussein myöntää valehdelleensa taksiyön tapahtumista: ”Olin vihainen”

    3. 3

      Kaikkien aikojen kovin suomalaisbiisi täyttää 20 vuotta ja siksi radiokanava soittaa vuorokauden pelkästään sitä

    4. 4

      Emma Watson kuvaili elämäntilannettaan ja keksi käsitteen, jota koko internet on kaivannut mutta jota ei ole suomennettu – sinkkuuden käsite on yhä kapea

    5. 5

      Matka mystiselle erämaajärvelle – HS:n erikoisartikkeli näyttää, miksi Inarijärven kauneus kerää ylistystä maailmalla

      Tilaajille
    6. 6

      HS:n reportaasi Kanadasta: Näin kävi, kun maa laillisti kannabiksen – pimeä markkina voi hyvin, ja moni kaipaa menneeseen

      Tilaajille
    7. 7

      Tässä on uusi Olympiastadion – Kosketa ainutlaatuisia panoraamakuvia ja katso, miltä uusittu stadion näyttää

      Tilaajille
    8. 8

      Kenelle kehittyy hallitsematon himo? Riippuvuus­tutkija Joonas Majuri tietää, millainen tausta altistaa tuhoisille addiktioille

      Tilaajille
    9. 9

      Mistä Maria Nordinin kiistellyssä kurssissa on kyse? Materiaaliin perehtynyt asiantuntija kertoo, mikä teki sisällöstä vaarallisen

    10. 10

      Posti pyrkii saamaan joulukortit ja -paketit perille, vaikka lakko kestäisi neljä viikkoa – HS kokosi vastauksia lakkoon liittyviin keskeisiin kysymyksiin

    11. Näytä lisää