Von Einweg zu wiederaufladbar Der Erfinder, der die Batterie-Welt veränderte

Energiespeicher für die Zukunft
Energiespeicher für die Zukunft

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie versorgen Milliarden tragbare elektronische Geräte mit Energie – zum Beispiel Laptops, Wearables und Smartphones. Akira Yoshino ist der Mann hinter dem Akku. 1983 entwickelte er den ersten Prototypen.

Es gibt verschiedene Arten von Batterien, doch heute ist der wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akku am weitesten verbreitet. Vor seiner Erfindung wurde die gesamte Elektronik mit Strom aus dem Netz oder mit Einweg-Batterien betrieben. Doch die haben auch heute noch einen großen Nachteil. Sie geben die in ihren chemischen Verbindungen gespeicherte Energie durch irreversible Reaktionen frei. Sobald die im Material gespeicherte Energie umgewandelt wurde, sind sie reif für den Sondermüll.

Für Hersteller, die in den 80er-Jahren tragbare elektronische Produkte wie Videokameras, Notebooks und Mobiltelefone entwickelten, war die Einweg-Batterie ein großes Problem. Die neuen Geräte benötigten einen kleinen, leichten Akku mit ausreichender Speicherkapazität. Jedoch waren die damals gebräuchlichen wiederaufladbaren Blei-Säure- und Nickel-Cadmium-Batterien schwer und zu voluminös.

Der Vater des Lithium-Ionen-Akkus

Die Rettung brachten schließlich die wissenschaftlichen Arbeiten von Akira Yoshino. Nach seinem Master-Abschluss in Petrochemie an der Kyoto-Universität im Jahr 1972 trat Yoshino in die Forschungsabteilung des japanischen Chemieunternehmens Asahi Kasei Corporation ein. 1981 begann er mit der Arbeit an wiederaufladbaren Batterien – anfangs setzte er dabei auf die Erfindung von John B. Goodenough, dem Lithium-Cobaltdioxid-Akku. Zwei Jahre später hatte er einen ersten Prototyp; dabei kam als Anodenmaterial elektrisch leitfähige Polymere zum Einsatz. Da leichtes metallisches Lithium aufgrund der Explosionsgefahr nicht in Frage kam, war für Yoshino klar, dass hier nur ein neuer Ansatz mit einem sicheren Material weiterhelfen würde.

Yoshino entwickelte einen ganz neuen Batterietyp mit einer Polyacetylenanode und einer Lithiumkobaltoxidkathode. Die Eigenschaften der Materialien waren damals erst entdeckt worden: Hideki Shirakawa hatte 1977 herausgefunden, dass Polyacetylen leitfähig ist, und 1979 entdeckte der amerikanische Physiker John Goodenough, dass Lithium-Cobaltoxid als Verbindung auch an der Luft stabil bleibt.

Dank dieser Materialien waren Yoshinos Batterien stabiler als andere Akkus, die dagegen häufig leicht entflammbar waren. Zusätzlich führte Yoshino zur Sicherheit eine dünne poröse Membran auf Polyethylenbasis ein, die als Trennwand zwischen den Materialien fungiert. Sobald die Membran schmilzt, wird die Funktion der überhitzten Batterie gestoppt, bevor sie in Brand gerät. Um das Brandrisiko für Lithium-Ionen-Akkus zu verringern, wird diese chemische Sicherung auch heute noch eingesetzt.

Nominiert für den Europäischen Erfinderpreis 2019

Die erste Lithium-Ionen-Batterie wurde 1983 hergestellt. Im selben Jahr reichte die Asahi Kasei Corporation die japanische Patentanmeldung für Yoshinos wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie ein und begann mit deren Vermarktung. Yoshino forschte weiter an seiner Batterietechnik und konnte im Laufe der Zeit so einiges verbessern. Zum Beispiel tauschte er 1985 das Material einer Elektrode durch einen effizienteren kohlenstoffhaltigen Ersatz aus, wodurch die Batterie über viele Lade- und Entladezyklen hin funktionierte. Die Leistung der Batterien steigerte er, indem er einen Aluminium- und Kupferfolienverbinder und einen organischen Lösungsmittelelektrolyten einsetzte. So erhöhte er die Spannung von 1,5 auf über 4 V und erreichte auch eine höhere Speicherkapazität.

Heute wird Yoshino in 56 japanischen und sechs europäischen Patenten als Erfinder aufgeführt. Bis heute ist er bei Asahi Kasei Corporation als Berater und Ehrenmitglied (Honorary Fellow) tätig.

Und Yoshino ist wirklich fleißig. Erst kürzlich entwickelte er neue Schritte zur Verbesserung der Sicherheitsstandards und zur Steigerung der Batterieeffizienz. Seine Arbeit ist für den weltweiten Markt für Lithium-Ionen-Batterien immer noch von großer Bedeutung und hat Einfluss auf dessen Entwicklung. Der Markt selbst wächst schnell: Von geschätzten 26,5 Milliarden Euro 2017 auf mehr als prognostizierte 80 Milliarden Euro 2025.

Yoshino wurde für seine Arbeit nun für den Europäischen Erfinderpreis 2019 vom Europäische Patentamt nominiert. Der Preis wurde 2006 vom EPA ins Leben gerufen und ehrt Erfinder, deren Erfindungen Lösungen für einige der drängendsten Probleme unserer Zeit darstellen.