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Asahi Kasei-Fellow Dr. Akira Yoshino: Nobelpreis für die Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie (LIB)

Dr. Akira Yoshino, Honorary Fellow von Asahi Kasei, hat den Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung der LIB erhalten. Ko-Preisträger sind Professor John B. Goodenough aus den USA und der Chemiker M. Stanley Whittingham aus UK. Im SmarterWorld-Interview mahnte Yoshino eine EU-LIB-Fertigung an.

Dr. Yoshino Bildquelle: © ASAHI KASEI

Die Entwicklung kleiner, leichter, wiederaufladbarer Akkus mit ausreichender Speicherkapazität durch Yoshino schuf den Massenmarkt für tragbare elektronische Geräte und Mobilitäts-Anwendungen.

„Ich war mehr verwirrt als glücklich", sagte Yoshino auf der Pressekonferenz von Asahi Kasei in Tokio über seine Gefühle anlässlich seiner Ehrung. Asahi Kasei ist seit 1972 Arbeitgeber des Chemikers. Die Europazentrale des Unternehmens wurde kürzlich in den Düsseldorfer Hafen verlegt, wo die Mobilitätsplattform AKXY vorgestellt wurde und Dr. Yoshino der SmarterWorld im Interview erklärte: “Europa braucht eine Batteriezellenfertigung.”

Die Ursprünge von Yoshinos Erfindung gehen in die 1970er Jahre zurück, in denen er bei dem japanischen Chemieunternehmen Asahi Kasei an elektrisch leitfähigen Polymeren forschte. Der Durchbruch gelang, als er den Wert der damals entdeckten Eigenschaften von Polyacetylen und Lithium-Kobalt-Oxid erkannte: Der japanische Chemiker Hideki Shirakawa fand 1977 heraus, dass Polyacetylen leitfähig ist, während der amerikanische Physiker John Goodenough 1979 entdeckte, dass Lithium-Kobalt-Oxid an der Luft stabil bleibt. Yoshino bemerkte, dass die Verwendung einer Polyacetylen-Anode und einer Lithium-Kobalt Oxid-Kathode seine Erfindung stabiler machen konnte als andere wieder aufladbare Batterien, die sich damals in der Entwicklung befanden. 

Auch der Zufall spielte bei der bahnbrechenden Erfindung eine Rolle. Im Dezember 1982 hatte Yoshino nichts Besonderes zu tun, weil sein Arbeitsplatz einer jährlichen Büroreinigung unterzogen wurde. Deshalb blätterte er in einer Forschungsarbeit, die er vor einiger Zeit bestellt, aber noch nicht gelesen hatte. Dabei wurde Yoshino darauf aufmerksam, dass John B. Goodenough, Professor an der Oxford University, 1980 in einem Papier beschrieb, dass ein Material namens "Lithium-Kobaltoxid" als starke positive Elektrode für wieder aufladbare Batterien dient. Das einzige Problem war, dass es keine negative Elektrode gab, die dazu passte. 

"Was wäre, wenn ich Polyacetylen verwenden würde?" dachte sich Yoshino, stellte selbst Lithium-Kobalt-Oxid her und kombinierte es mit dem Polymer, was funktionierte. Er konnte die Batterie aufladen und sie entlud die Elektrizität sanft. Das grundlegende Fundament der Lithium-Ionen-Batterie war gelegt. Yoshino verwendete außerdem eine dünne poröse Membran auf Polyethylen Basis, die als Trennwand zwischen den Materialien fungiert. Diese Membran hat eine Sicherheitsfunktion: Sobald sie schmilzt, wird die Funktion der überhitzten Batterie gestoppt, bevor sie in Brand geraten kann. Diese Membran, die das chemische Äquivalent einer Schmelzsicherung ist, wird heute immer noch eingesetzt.

Dr. Yoshino erfand eine völlig neue Kombination aus Kohlenstoff (C) für die negative Elektrode und Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) für die positive Elektrode. Er entwickelte die grundlegende Technologie für LIBs, die Aluminium als positives Stromabnehmermaterial verwendet und stellte somit die weltweit erste Lithium-Ionen-Batterie(LIB)-Zelle her. Weiterhin war er an der Kommerzialisierung der LIB beteiligt. So entwickelte er ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden, zur Montage von Batterien sowie weitere Technologien, die dazu beitrugen, aus der LIB eine kleine, leichte und wieder aufladbare Batterie zu machen.

Yoshinos erste wieder aufladbare Lithium-Ionen-Batterie (LIB) wurde 1983 hergestellt. Im Jahr 1985 reichte Asahi Kasei die japanische Patentanmeldung für die Batterie ein und begann mit deren Vermarktung. Yoshino arbeitete während seiner langen Karriere kontinuierlich an seiner Innovation, steigerte die Akkuleistung und verbesserte die Sicherheitsfunktionen. Weitere Patente trugen dazu bei, diese Lösungen zu schützen. Heute wird Yoshino in 56 japanischen und 6 europäischen Patenten als Erfinder aufgeführt.

Asahi Kasei lizenzierte das grundlegende LIB-Patent von Yoshino an andere Hersteller, darunter Sony, das die Technologie 1991 auf den Markt brachte. "In den 1980er Jahren gab es viel Forschung und Entwicklung im Bereich der tragbaren Elektronik, und so wurden auch kleine und leichte Batterien mit hoher Energiedichte und Wiederaufladbarkeit benötigt. Aber niemand wusste wirklich, welche Art von wiederaufladbarem Akku gebraucht werden würde. Das große Schlagwort war zunächst "tragbar", bald kamen dann "kabellos" und "drahtlos" hinzu. Ich habe nur irgendwie die Richtung geahnt, in die sich die Trends bewegten. Man könnte auch sagen, ich hatte eben einen guten Riecher", berichtet Yoshino von diesen frühen Jahren.

Der Weltmarkt für Lithium-Ionen-Batterien wird in diesem Jahr rund 40 Milliarden € betragen und soll bis 2022 um 50% auf rund 60 Milliarden ansteigen. Yoshino war bei seinem Eintritt in das Unternehmen 1972 kein Experte für Batterie-Technologie. Er gehörte zu den 350 Neueinstellungen des Jahres, war aber einer von einer Handvoll Forschern mit Master-Abschluss.