3 Pemenang Hadiah Noble Ini Adalah Bapa Bateri Litium-Ion

Bateri litium-ion digunakan secara global untuk menjana elektronik mudah alih untuk pelbagai perkara seperti berkomunikasi, bekerja, belajar, mendengar muzik dan mencari pengetahuan.

Kelebihan utama bateri litium-ion ialah ia tidak bergantung pada tindak balas kimia yang merosakkan elektrod, tetapi berfungsi melalui pergerakan ion litium antara anod dan katod.

Bateri litium juga telah membolehkan pembangunan kereta elektrik (EV) dan penyimpanan tenaga daripada sumber boleh diperbaharui, seperti tenaga solar dan angin.

Bateri litium-ion telah merevolusikan kehidupan kita sejak ia mula-mula memasuki pasaran pada tahun 1991 yang memberi manfaat terbesar kepada manusia.

Jadi, jika anda tertanya-tanya siapakah yang mencipta bateri litium-ion yang merevolusikan industri bateri dan elektronik di seluruh dunia, mereka adalah Stanley Whittingham, John Goodenoug dan Akira Yoshino.

Stanley Whittingham

Asas kepada bateri lithium-ion telah dibangunkan semasa krisis minyak pada tahun 1970-an. Stanley Whittingham berusaha mencari kaedah untuk membangunkan teknologi tenaga bebas bahan api fosil.

Beliau mula mengkaji superkonduktor dan menemui bahan yang sangat kaya dengan tenaga, yang kemudian digunakan untuk mencipta katod inovatif dalam bateri lithium.

Katod ini diperbuat daripada titanium disulfida, yang pada peringkat molekul mempunyai ruang untuk menyimpan (intercalated) ion litium.

Rajah skematik bateri litium ion ciptaan Stanley Whittingham. Beliau menggunakan keupayaan tinggi litium untuk melepaskan elektron luarnya ketika membangunkan bateri litium pertama di dunia yang berfungsi. Kelebihan bateri litium Whittingham ialah ion litium disimpan dalam ruang dalam titanium disulfida dalam katod.

Namun begitu, pengeluaran bateri litium menghadapi masalah apabila ia dicas berulang kali menyebabkan pertumbuhan apa yang dipanggil sebagai “whiskers” litium dari elektrod.

‘Whiskers’ litium terbentuk apabila bateri dengan litium tulen dalam anod dicas. Ini boleh membuatkan berlakunya litar pintas bateri hingga menyebabkan berlakunya kebakaran dan letupan.

Keadaan itu mengakibatkan litar pintas dan risiko letupan. Beberapa kebakaran telah berlaku, memaksa pasukan bomba menggunakan bahan kimia khas untuk memadam api tersebut, sehingga mengancam untuk mengenakan bayaran kepada makmal pengeluaran bateri litium ion.

Jadi, untuk menjadikan bateri lebih selamat, aluminium telah ditambah pada elektrod litium logam dan elektrolit antara elektrod telah ditukar.

Stanley Whittingham mengumumkan penemuannya pada tahun 1976 dan bateri itu mula dihasilkan secara kecil-kecilan untuk pembuat jam Switzerland yang ingin menggunakannya dalam jam tangan berkuasa solar.

John Goodenough

John Goodenough pula adalah tokoh yang meramalkan bahawa katod akan mempunyai potensi yang lebih besar jika dibuat menggunakan oksida logam dan bukannya sulfida logam.

Selepas pencarian sistematik, pada tahun 1980 beliau membuktikan bahawa kobalt oksida dengan ion litium yang disaling selit (intercalated) boleh menghasilkan sehingga empat volt.

Ini merupakan satu penemuan penting yang membawa kepada pembangunan bateri yang jauh lebih berkuasa.

Pada 1980, beliau juga telah menerbitkan penemuan bahan katod berkepekatan tenaga tinggi yang ringan tetapi berkapasiti tinggi yang menjadi langkah penting dalam revolusi tanpa wayar.

Rajah skematik bateri litium ion ciptaan John Goodenough. Beliau mula menggunakan kobalt oksida dalam katod bateri litium, hampir menggandakan potensi bateri dan menjadikannya lebih berkuasa.

Satu lagi penemuan penting John Goodenough adalah di mana beliau menyedari bahawa bateri tidak perlu dihasilkan dalam keadaan bercas, sebaliknya boleh dicas kemudian.

Akira Yoshino

Berdasarkan katod yang dibangunkan oleh Goodenough, Akira Yoshino mencipta bateri litium-ion pertama yang boleh dikomersialkan pada tahun 1985.

Sebagai gantinya daripada menggunakan litium reaktif dalam anod, beliau menggunakan kok petroleum, iaitu bahan karbon seperti kobalt oksida dalam katod, boleh disaling selit (intercalated) dengan ion litium.

Hasilnya beliau berjaya mencipta bateri litium ion yang lebih ringan, tahan lama, dan boleh dicas beratus-ratus kali sebelum prestasinya merosot.

Rajah skematik bateri litium ion ciptaan Akira Yoshino. Beliau berjaya menghapuskan litium tulen daripada bateri, sebaliknya menggunakannya sepenuhnya berdasarkan ion litium, yang lebih selamat, ringan, mempunyai kapasiti yang tinggi dan menghasilkan empat volt yang luar biasa.

Ketiga-tiga tokoh ini memainkan peranan penting dalam pembangunan bateri litium ion moden yang diguna di dalam industri ketika ini.

Melalui kerja mereka, John Goodenough, Stanley Whittingham dan Akira Yoshino telah mewujudkan keadaan yang sesuai untuk masyarakat tanpa wayar dan bebas bahan api fosil yang membawa manfaat yang sangat besar kepada manusia.

Bateri litium-ion telah membolehkan pembangunan komputer riba, telefon bimbit, kenderaan elektrik dan penyimpanan tenaga yang dijana oleh tenaga solar dan angin.

Hasil usaha mereka yang menjadi asas dalam pembangunan bateri litium ion telah membolehkan mereka bersama-sama dianugerahkan dengan Hadiah Noble untuk kategori kimia pada tahun 2019.

M. Stanley Whittingham dari Binghamton University, State University of New York, AS.

John B. Goodenough dari University of Texas, Austin, AS telah meninggal dunia pada 25 Jun 2023.

Akira Yoshino dari Asahi Kasei Corporation, Tokyo, Japab juga bertugas di Universiti Meijo , Nagoya, Jepun.

{suggest}

Sumber: The Nobel Prize