Nobel za baterie litowo – jonowe nie był dla ludzi z branży specjalnym zaskoczeniem. Komercyjne wejście na rynek baterii li-ion zmieniło w naszym życiu tak wiele, że było tylko kwestią czasu kiedy Akademia to doceni. Przyjrzyjmy się zatem na trójce ludzi, którzy byli prekursorami emobilności.
Prof. John Goodenough doskonale pamięta słowa, które usłyszał od prof. Johna Simpsona, gdy krótko po wojnie i demobilizacji z amerykańskich sił powietrznych (służył jako meteorolog) , pojawił się na kampusie Chicago University. – „Nie rozumiem was weteranów. Czy nie wiesz, że ktokolwiek, kto kiedykolwiek zrobił coś znaczącego w fizyce, zrobił to najpóźniej w twoim wieku – a ty chcesz dopiero zacząć? ” Tym razem prof. Simpson nie miał racji. I nawet nie przypuszczał, że jego student będzie najstarszym laureatem nagrody Nobla w historii. Odbierze ją prawie 75 po ich pierwszej rozmowie w wieku 97 lat!
Goodenough obronił pracę magisterską w 1952 r. Następnie przeniósł się do Massachusetts Institute of Technology, gdzie jego zespół otrzymał zadanie zwiększenia możliwości pamięci we wczesnych komputerach. Opracowali wtedy ceramiczne rdzenie magnetyczne, które umożliwiły pierwszą pamięć o swobodnym dostępie (RAM). Pracował w MIT przez ponad dwie dekady, a jego praca położyła podwaliny pod przyszłe projektowanie materiałów magnetycznych i pomogła w rozwoju komputerów. W 1976 r. związał się z Oxfordem i zainteresował się elektrochemią i bateriami. Dokładnie w tym roku jego drogi przecięły się ze M. Stanleyem Whittinghamem, z którym wiele lat później podzieli się Noblem. Właśnie w 1976 r. firma Exxon opatentowała pierwszą na świecie baterię litową zaprojektowaną właśnie przez Whittinghama. Niska waga i duża pojemność akumulatora oraz mozliwość pracy w temperaturze pokojowej, sprawiły, że był to przełom. Jednak rozwiązanie nie było jeszcze dopracowane. Dlatego Goodenough pomyślał, że mógłby ulepszyć projekt Whittinghama. W 1980 r. stworzył katodę litowo-kobaltowo-tlenową – czyli „dodatnią” stronę akumulatora. Równolegle naukowcy z Japonii i Szwajcarii opracowywali model anody czyli „ujemnej” strony baterii, który dobrze działałby z katodą tlenkową Goodenougha. Tak właśnie powstało ogniwo litowo-jonowe, które bezpiecznie dało napięcie 4 woltów, w porównaniu z 2,4 wolta z ogniwa Whittinghama. Co więcej, nowa bateria z wewnętrznymi funkcjami bezpieczeństwa miała bardzo niskie ryzyko przegrzania i wybuchu. Obaj panowie ściśle ze sobą współpracowali. Wydali nawet wspólną książkę o magazynowaniu energii w ujęciu chemii ciała stałego.
Whittingham urodził się w 1941 r. Naukami przyrodniczymi zainteresował się za sprawą ojca. Studiował chemię nieorganiczną na New College na Uniwersytecie Oksfordzkim i w 1964 r. uzyskał licencjat, a w trzy lata później magisterium. W 1968 r. obronił doktorat. Początkowo zajmował się tlenkami wolframu i stopami wolframu jako potencjalnymi katalizatorami w produkcji gazu ale zmieniło się to gdy na Morzu Północnym odkryto złoża gazu i sponsorzy wymusili na Whittinghamie badania nad uzyskiwaniem wolframu z tlenków tego pierwiastka. Niezadowolony młody naukowiec przeniósł się do USA na Uniwersytet Stanforda. Wkrótce znalazł się w dziale badawczym koncernu paliwowego Exxon, który w czasie kryzysu naftowego zaczął prace nad alternatywą dla paliw płynnych, w tym nad napędem elektrycznym oraz odpowiednimi bateriami.
W 1972 r. Whittingham opracował pierwsze baterie litowe wielokrotnego ładowania. W 1984 r. przeszedł do laboratorium firmy Schlumberger-Doll i przez cztery lata kierował tam własnym zespołem badawczym. Niestety amerykański przemysł stracił zainteresowanie dalszymi badaniami. Pod koniec lat 80. Whittingham wrócił do pracy akademickiej i związał się ze State University of New York. Przez pięć lat był prorektorem ds. nauki, a przez sześć wiceszefem fundacji badawczej uczelni. Wtedy jednak potencjał komercyjny tej technologii dostrzegli Japończycy, a konkretnie inżynierowie z Sony. W 1991 roku wprowadzili na rynek baterię wykorzystującą katodę Goodenough. Tak zaczęła się mobilna rewolucja.
Nieco wcześniej na scenie pojawił się dr Akira Yoshino, najmłodszy z trójki noblistów (rocznik 1948). Rozpoczął badania nad akumulatorami w 1981 r., a w 1983 r. wyprodukował prototypowy akumulator z wykorzystaniem tlenku litowo-kobaltowego (odkryty przez Johna Goodenougha w 1979 r.) jako katody i poliacetylenu jako anody. Ponieważ poliacetylen wymagał dużej pojemności akumulatora i miał problemy z niestabilnością, przeszedł na materiał węglowy, a w 1985 r. wyprodukował i otrzymał podstawowy patent na pierwszy prototyp LIB. To właśnie nowy LIB został skomercjalizowany przez Sony w 1991 r., a w 1992 r. przez A&T Battery (spółka joint venture Asahi Kasei i Toshiba). Podsumowując Brytyjczyk Stanley Whittingham opracował na początku lat 70. XX wieku pierwszą baterię litowo-jonową. Dzięki badaniom Amerykanina Johna B. Goodenougha udało się podwoić jej moc, zaś Japończyk Akira Yoshino zwiększył bezpieczeństwo tych baterii, wprowadzając elektrodę nasyconą jonami litu – zamiast wykonywać ją z czystego pierwiastka.
Obecnie Akira Yoshino jest dyrektorem generalnym Asahi Kasei Corporation w Japonii oraz prezesem Centrum Technologii i Oceny Baterii Litowo-Jonowej (LIBTEC). Jest także profesorem na Uniwersytecie w Meijo i profesorem wizytującym na Kyushu University.
Whittingham do 2015 r. był profesorem na Wydziale chemicznym Stony Brook University. Ciągle ma kontakt z uczelnią.
97-letni Goodenough nadal pracuje z doktorantami z Texas University nad niezawodnym i wydajnym sposobem transportu i magazynowania energii wiatrowej i słonecznej. I jak powiedział w jednym z wywiadów ciągle „jest otwarty na niespodzianki”.
Maciej Fischer