Nobeli keemiapreemia pälvisid liitium-ioonakude loojad ({{contentCtrl.commentsTotal}})

{{1570603320000 | amCalendar}}
Foto: SCANPIX/AP/ Koji Sasahara

Nobeli auhinna keemias said sel aastal John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham ja Akira Yoshino liitium-ioonakude vallas tehtud arendustöö eest.

Liitium-ioonakud on oma eelkäijatest oluliselt kergemad ja energiatihedamad, muutes sellega inimeste kardinaalselt. Neid kasutatakse kõikjal, alates mobiiltelefonidest ja sülearvutitest, lõpetades elektriautodega. Nobeli komitee märkis, et laureaatide töö pani aluse fossiilkütustest vabale tulevikule.

Stanley Whittingham arendustöö võimaldas panna kokku esimese funktsionaalse liitium-ioonaku. John Goodenough suutis kahekordistada nende pinge, mis laiendas nende võimalikke kasutusalasid. Akira Yoshinol õnnestus asendada akudes puhas liitium täielikult liitiumi ioonidega. See muutis energiatihedad akud ohutumaks ja võimaldas kasutada neid argielus.

Tartu Ülikooli füüsikalise ja elektrokeemia vanemteadur Alar Jänes märkis, et liitium-ioonakude loojatele Nobeli preemia andmist oodati juba pikka aega. "Nad on olnud sel alal teerajajad juba aastakümneid. Kuna akude teema on eriti viimasel ajal kuumaks läinud nii Eestis kui ka maailmas laiemalt, on see vägagi õigustatud ja preemia läks õigetele inimestele," sõnas Jänes.

Vanemteadur tõi välja, et liitium-ioonakude võimsus ja energiatihedus oli oma eelkäijatest märkimisväärselt suurem. Samuti oli nende mass oluliselt väiksem.

Teisalt on neid ka mõned puudused. Liitiumiressursid on maailmas piiratud. Kuna seda võib jätkuda vaid 40 aastaks, tehakse selle asendamiseks katseid kõikjal maailmas. Üks alternatiiv võib olla naatrium, mida uuritakse ka Eestis.

Liitium-ioonakud saaksid käituda siinkohal vähemalt osaliselt suunanäitajana. "Põhimõtteliselt on mehhanismid sarnased. Liitiumi ioonidega saame kasutada ühe elektroodina grafiiti, naatriumi puhul peame kasutama aga kõva sütt. Päris üks-ühele me kõiki teadmisi üle võtta ei saa," tõdes vanemteadur.

Jänese hinnangul on raske ennustada, kas järgmine akutehnoloogiate vallas Nobeli preemia saanud teadlane on juba oma revolutsioonilise avastuse teinud. "Selge on see, et tulevik liigub ikkagi väga intensiivselt selles suunas, et akusid üritatakse teha võimalikult kergeks ja energiatihedaks. Tuuleenergia salvestamiseks on tarvis ikka väga korralikku ja suurt akuparki," laiendas vanemteadur.


John B. Goodenough on Texase Ülikooli mehaanilise inseneeria ja materjaliteaduse professor. Samuti sai temast 97-aastasena vanim Nobeli preemia lauraat. M. Stanley Whittingham on Binghamtoni Ülikooli keemiaprofessor ning Akira Yoshino Meijo Ülikooli professor.


Liitiumi muudab heaks akumaterjaliks kaks omadust. Metall on piisavalt kerge, et hõljuda vähemalt lühikest aega vee peal. Samuti annab see äärmiselt kergelt oma väliskihi elektrone. Liitiumi reaktsioonivõime on sedavõrd suur, et tekitab näiteks veega kokku puutudes plahvatuse. Selle eeliseid mõistis ka Stanley Whittingham, kasutades seda titaan-disulfiidis koosnevas akus anoodi.

Tulemus oli sedavõrd hea, et Whittinghamil õnnestus tekitada nafta- ja gaasifirma esindajatel leiutise vastu huvi pelgalt 15 minutiga. Arendustöö käigus leiti peagi, et aku mitmekordsel laadimisel hakkasid anoodist kasvama nn vuntsid. Katoodini jõudes tekkis lühis ja halvimal juhul tulekahju ja plahvatas. Puuduse lahendas liitiumist elektroodile alumiiniumi lisamine ja elektroode lahutava elektrolüüdi vahetamine. Šveitsi kellameister hakkas väikesi akusid 1976. aastal.

John Goodenough hakkas otsima aku pinge kasvatamiseks süstemaatiliselt uusi materjale 1980. aastatel. Teadlane taipas seejuures, et akusid ei pea valmistama juba täislaetuna. Valikute laienemisel jäi talle silma liitiumkoobalt-oksiid. Sellest koosneva katoodiga aku pinge oli varasematest kaks korda suurem -- neli volti. Kõrgem pinge avardas akude kasutusvõimalusi.

Akira Yoshino arendustöö tulemusel valminud aku skeem. Autor/allikas: Nobel Media

Nafta hinna langedes nihkus peamine arendustöö tugeva elektroonikatööstusega Jaapanisse. Teadlased hakkasid otsima uusi süsinikupõhiseid anoodi materjale. Muu hulgas leiti, et liitiumioone saab lisada grafiidikihtide vahele. Kasutatud elektrolüüt hakkas aku laadimisel aga grafiidikihte lagundama. Akira Yoshino leidis, et selle sai asenda naftatööstuse kõrvalprodukti -- naftakoksiga.

Valminud patarei oli kerge ning suure mahtuvuse ja kõrge pingega. Akut sai enne selle mahtuvuse vähenemist laadida uuesti sadu kordi. Viimaks õnnestus arendustöö tulemusena vabaneda puhtast liitiumist. See muutis akud piisavalt ohutuks, et neid saaks kasutada peaaegu kõikjal.


Möödunud aastal pälvis Nobeli keemiaauhinna Frances H. Arnold, George P. Smith ja Gregory P. Winter, kes kasutasid uute kasulike valkude ja ensüümide loomiseks elusorganismide evolutsioonist tuttavaid põhimõtteid.

Alates 2018. aastast on Nobeli preemia väärtus üheksa miljonit Rootsi krooni (u 832 000 eurot). Lisaks rahalisele auhinnale saavad laureaadid Nobeli bareljeefiga kuldmedali ja diplomi.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: