Ze zijn alomtegenwoordig en essentieel voor het navigeren door het moderne leven. Klein, licht, oplaadbaar:lithium-ionbatterijen hebben in minder dan drie decennia een revolutie teweeggebracht in onze wereld.

Op woensdag, John Goed genoeg, Stanley Whittingham en Akira Yoshino, de uitvinders van een technologie die door de meesten als vanzelfsprekend wordt beschouwd, kreeg de meest prestigieuze scheikundeknik van allemaal:een Nobelprijs.

"Ze creëerden een oplaadbare wereld, " verklaarde de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen, die de onderscheiding toekent.

Wat is het probleem?

Pas in 1991 gecommercialiseerd, lithium-ionbatterijen voeden nu miljoenen en miljoenen mobiele telefoons, laptops, tabletten, camera's, gehoorapparaten, gangmakers, zonnepanelen, scooters, fietsen en zelfs elektrische auto's voor lange afstanden.

"Meer dan twee derde van de wereldbevolking bezit een mobiel apparaat, of het nu een smartphone is, een laptop of tablet, en bijna allemaal aangedreven door oplaadbare lithium-ionbatterijen. Het zijn de verborgen werkpaarden van het mobiele tijdperk, " vertelde Paul Coxon van het Department of Materials Science and Metallurgy van de Universiteit van Cambridge aan AFP.

Ze hebben de menselijke mobiliteit aanzienlijk vergroot, en gaf miljoenen in ontwikkelingslanden toegang tot informatie en diensten online met slechts een mobiele telefoon.

Lithium-ionbatterijen hebben ook onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen die de aarde opwarmen, verminderd. vooral in elektrische auto's.

Verder, ze kunnen worden gebruikt in combinatie met hernieuwbare maar fluctuerende energiebronnen zoals de zon of wind, energie op te vangen en op te slaan om later opnieuw te gebruiken.

voor Coxon, de lithium-ionbatterij is een waardige Nobelprijswinnaar omdat hij speelt in de oorsprong van de prestigieuze prijs.

"De praktische toepassing van wetenschap ten behoeve van de mensheid; fundamentele wetenschap direct in uw hand, " zei hij. "Ik heb nu letterlijk een telefoon in mijn hand."

Wat veranderde?

In tegenstelling tot hun voorganger, loodzuurbatterijen ontwikkeld in het midden van de 19e eeuw, li-ionbatterijen zijn oplaadbaar.

Ze zijn kleiner, aansteker, gaan langer mee en kunnen krachtiger worden gemaakt.

Batterijen voor elektrische auto's "wegen niet meer twee ton maar 300 kilogram (660 pond), " zei Sara Snogerup Linse, een professor in de fysische chemie en lid van het Nobelcomité voor Scheikunde.

Hoe werken ze?

Wanneer een batterij is aangesloten op een circuit, geladen ionen bewegen in de batterij, meestal in een chemische oplossing, tussen twee elektroden - een anode en een kathode.

Bij elk van de elektroden vinden chemische reacties plaats, het creëren van een opeenhoping van elektronen aan het ene uiteinde. De elektronen proberen opnieuw in evenwicht te komen, maar kan niet door de batterij bewegen, hen dwingen om door het circuit te reizen, elektrische energie afgeven.

De positieve elektrode is gemaakt van een composiet van lithium - het lichtste metaal dat de mens kent en de sleutel tot het succes van het ontwerp, volgens Olof Ramström, een mede commissielid.

"Lithium heeft zulke enorm aantrekkelijke eigenschappen en dat betekent dat je een zeer lichtgewicht batterij kunt krijgen die klein is met een hoog vermogen en efficiëntie, ' zei hij na de aankondiging van woensdag in Stockholm.

"Lithium is erg reactief... dat is wat we nodig hebben - we hebben de elektronen uit het lithium nodig. Dit gaat allemaal over proberen dat te temmen en het in dat kleine batterijpakket te krijgen dat echt nuttig voor ons is."

Het nadeel

Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur waarschuwde afgelopen juli dat de reserves aan grondstoffen die worden gebruikt in lithium-ionbatterijen, zoals kobalt en nikkel, zijn schaars en duur en raken snel op.

Lithium wordt aangetroffen in een reeks mineralen en in zout of pekel, terwijl voor de productie van de elektroden zeldzame metalen zoals kobalt en nikkel nodig zijn.

"We hadden 40 of 50 jaar geleden niet per se kunnen voorspellen dat tantaal, indium, al deze interessante elementen zouden heel belangrijk worden, " zei Coxon, wijzend op milieuschade en stress op infrastructuur op plaatsen waar de mineralen worden gevonden, vooral in Zuid-Amerika.

"Het legt druk op hoe we deze ethisch inkopen."

Grote hoeveelheden gebruikte lithium-ionbatterijcomponenten komen op stortplaatsen terecht, hij voegde toe. Ze worden vaak afgevoerd naar recyclingfaciliteiten, vaak in ontwikkelingslanden, waar ze worden gestript tot hun basisdelen en de herbruikbare bits worden gerecycled.

"Het is een zeer belangrijke milieu-uitdaging, ' zei Coxon.

Toegevoegd Maeva Philippot, een elektrotechnisch onderzoeker aan de Vrije Universiteit Brussel:"Recycling zal belangrijker worden naarmate meer en meer batterijen het einde van hun levensduur bereiken."

Vooruit kijken

Wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld werken eraan om li-ionbatterijen nog kleiner, langer durend, sneller op te laden en minder vluchtig.

Het is bekend dat ze oververhit raken en soms zelfs exploderen, en zijn relatief duur om te produceren, vooral vanwege de hoge kosten van nikkel en kobalt.

"Er komen nieuwe chemicaliën aan waarmee we nog kleinere batterijen kunnen maken, ' zei Philippot.

Wat betreft recycling:"Europa maakt een nieuwe richtlijn voor batterijen aan het einde van hun levensduur en hoe ze kunnen worden gerecycled en hergebruikt in andere apparaten.

"Bijvoorbeeld, accu's van elektrische voertuigen zouden thuis kunnen worden gebruikt om energie op te slaan in huis en kunnen worden opgeladen door zonnepanelen. Er zijn veel projecten die kijken naar het 'tweede leven' of hergebruik van batterijen."

© 2019 AFP