John Bannister Goodenough er en av de markante forskerne som har bidratt til å modernisere hverdagen vår. Denne 92-åringen muliggjorde noe vi alle er avhengig av; litiumionebatteriet.
Det er lenge siden, men han har ikke lagt oppfinnerkraften på hylla. Nå vil han gjøre batteriet bedre.
Det er ikke bare batteriet Goodenough er kjent for. Han står bak en del av den fundamentale fysikken som har ledet til både det moderne dataminnet og superlading ved høye temperaturer.
Og det er mange som har satt stor pris på amerikaneren. I 2009 ble Goodenough tildelt Enrico Fermi Award.
I 2010 ble han opptatt som Fellow i Royal Society i Storbritannia og i 2013 fikk han National Medal of Science av president Barack Obama. Han har vært nominert til Nobelprisen mange ganger.
Les også: Denne bærbare laderen kan lades opp på tre sekunder
Den vanskelige kjemien
I over 100 år var det blybatteriet som rådet grunnen. Enkelt, tungt og med liten kapasitet, men det var ladbart.
Ved starten av 1900-tallet så det faktisk ut at det var elbilen med blybatterier som skulle ta av og ikke den upålitelige, skitne og bråkede bensinbilen.
Men kjørelengden ble den tidlige elbilens bane. Det måtte noe helt nytt til for å konkurrere med den stadig bedre forbrenningsmotoren. Hverken de gamle NiFe- eller nikkel-kadmium-batterienen eller det mer moderne nikkel-metallhydridbatteriet kunne tilby den nødvendige batterirevolusjonen.
Det så det derimot ut til at Fords natrium-svovelbatteri kunne gjøre. Da de kom med det i 1966 var plutselig 30 mil innen rekkevidde.
Raskt å lade opp var det også. Så hvorfor tok ikke det av? Svaret var temperatur og sikkerhet. Batteriet hadde en driftstemperatur på over 300 grader og var livsfarlig. Da hjalp det ikke med stor lagringskapasitet i en tid hvor bensinen var svært billig.
Men høytemperaturbatteriet døde ikke helt. Da Think lanserte sin City var det utstyrt med et Zebra salt-nikkelbatteri. Det hadde en ladekapasitet som var i nærheten av litiumionebatteriene.
Om ikke annet vakte høytemperaturbatteriene interessen for batterier og ideene florerte.
Les også: Tesla skal lage batteripakker til hjemmet ditt
Litt av en bakgrunn
Det skulle bli MIT-forskeren John Bannister Goodenough som bar batterifanen videre. Han hadde en ganske spesiell bakgrunn. Goodenough hadde lite kontakt med foreldrene som sendte han på kostskole da han var 12.
Han var dyslektiker, men klarte å få toppkarakter i matematikk ved Yale. Etter den andre verdenskrig, som kaptein i hæren, ble han kalt tilbake for å studere fysikk og matematikk ved Universitetet i Chicago, der verdens første atomreaktor ble til virkelighet i 1942, og hvor berømte fysikere som Edward Teller og Enrico Fermi fremdeles arbeidet.
I 1952 fikk han doktorgraden i fysikk.
Les om kald fusjon: – Hvis dette er sant, blir oljen verdiløs
Bannister Goodenough til unnsetning
Goodenough mente at litium var veien fremover. OPEC hadde skapt den første oljekrisen og høytemperaturbatterier var ikke praktiske. Et batteri som kunne drive biler i stedet for bensin måtte være trygt og fungere ved normaltemperatur.
Riktignok var det litiumbaserte batteriet påtenkt noen år tidligere av Exxon-kjemikeren M. S. Whittingham, men det var ikke trygt.
Goodenough gjorde batteriet både tryggere, billigere og bedre ved å utvikle en katode basert på litium- og koboltoksid i stedet for titansulfid.
Det han og assistentene hans gjorde var å finne ut hvor mye litium som kunne vandre trygt fra elektroden til anoden, og ved hvilken spenning. Whittinghams batteri opererte ved 2,2 volt, men de klarte å lage et med 4 volt cellespenning.
Det var et gigantisk gjennombrudd. For Sony fikk det store konsekvenser for det bærbare videokameraet i 1991.
I forhold til i dag krevde slike enormt med strøm, ikke minst fordi det fungerte med båndkassetter med mye mekanikk involvert.
Når de kunne krympe batteriet var revolusjonen i gang. Det er vanskelig å tenke seg mobiltelefoner, PC-er nettbrett og el-biler uten litiumionebatteriet.
Men allerede klages det over for liten kapasitet. Vi vil ha telefoner vi slipper å lade hver dag, PC-er som holder mye lenger og ikke minst elbiler som for alvor kan gjøre de med forbrenningsmotor rangen stridig.
Les også: Norske batterier kan levere 54 kWh på seks minutter
Rent metall
Mens det meste av Goodenough forskning på litiumionebatterier har dreid seg om metalloksider er det rent metall som er den hellige gral. Nå, i en alder av 92 år, arbeider han med det.
Han vil lage et batteri med en anode av metallisk litium eller natrium. Klarer han det vil det øke ladekapasiteten med rundt 60 prosent. Han er ikke den første som prøver dette, men Goodenough mener han har en ide som kan føre frem.
Mange tror at det er nettopp han som vil klare det. Alderen har ikke svekket ham, og nå ser han muligheten som åpnet seg på 70-tallet, men som har vært vanskelig å gjennomføre med de første generasjonene litiumionebatterier.
Og gjøre forbrenningsmotoren arbeidsløs.
Les også: Nå må svenskene betale 90 kroner for å hurtiglade elbilen
Ville væårt fantastisk
– Prinsipielt er ikke det Goodenough har satt seg fore er noe fundamentalt nytt, sier teknisk direktør i Grenland Energy, Lars Ole Valøen.
– Dette ble gjort allerede på 70-tallet , men ulempen var at slike batterier hadde en tendens til å få en indre kortslutning og enten begynne å brenne eller lade seg ut veldig raskt selv. Selv har jeg også for noen år siden laget små battericeller med rent litiummetall som anode. Opp gjennom årene har mange prøvd å lage batterier med en anode av alkalimetaller som litium eller natrium, men ingen har lykkes.
Ifølge Valøen har dagens litiumionebatterier en anode av karbon belagt på en strømkollektor av kobber.
Karbonet danner en vertsstruktur for litium. Hvis en kan bruke litium eller et annet alkalimetall direkte, blir det plass til langt mer litium i anoden, og da går ladekapasiteten opp.
— Problemet med å bruke rent litium er at det dannes såkalte dendritter (spisse strukturer) fordi metall ikke kan avsettes jevnt på litium. Dendrittene vokser under opplading og krymper under utladning. Problemet er at batteriet kortslutter dersom dendrittene vokser helt til katoden. Klarer Goodenough å løse de fundamentale utfordringene med en metallanode og gjøre teknologien industrielt utnyttbar så har han virkelig brakt batteriteknologien et svært langt stykke videre, sier Valøen.
Les flere nyheter om batterier.
