2019 Nobel Kimya Ödülü: Lityum-İyon Bataryalar
Bu yılın Nobel Kimya Ödülü, lityum-iyon bataryaların geliştirilmesi için gösterdikleri çabalar nedeniyle, üç bilim insanına verildi: Teksas Üniversitesi’nden John B. Goodenough, Binghamton Üniversitesi’nden M. Stanley Whittingham ve Meijo Üniversitesi’nden Akira Yoshino. Üç bilim insanı, 9 milyon İsveç kronu değerindeki ödülü (yaklaşık 5,32 milyon TL), eşit olarak paylaşacak.
97 yaşındaki Goodenough, herhangi bir Nobel dalında ödül alan en yaşlı aday olarak, ayrıca Nobel tarihine geçti. Aynı gün, bilim dünyasına katkıları nedeniyle Londra Kraliyet Cemiyeti’nin prestijli Copley Ödülü’ne de layık görülmesi, kendisi için hoş bir tesadüf olmalı.
Lityum-iyon bataryalar, içinde bulunduğumuz teknoloji dünyasının vazgeçilmez bir unsuru olarak, uzun süredir bir Nobel Ödülü’ne layık görülüyordu. İsveç Kraliyet Bilim Akademisi, lityum-iyon pillerin kablosuz, fosil yakıta muhtaç olmayan bir toplumun temellerini atarak, insanlığa en büyük faydalardan birini sağladığını belirtti.
Lityum-iyon pillerden önce, şarj edilebilir bataryalar çok büyük ve oldukça verimsizdi. Ayrıca, güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir kaynaklardan enerji depolayabilmesi, sürdürülebilir enerji tüketimi açısından çığır açıcı bir nitelik.
Goodenough, ‘‘O zamanlar yaptığımız işin böylesine büyük bir etki yaracağını düşünmüyorduk. Vaktimiz vardı ve geliştirdik’’ diyor ve ekliyor, ‘‘Elektrik mühendislerinin bataryalarla ne yapacağını kestiremezdik. Cep telefonları, video kameralar ve diğer tüm o şeyler, bizim için de beklenmedik oldu’’.
Bu yılın ödülünü lityum-iyon bataryaların alması, modern hayatın böylesine ayrılmaz bir parçası haline gelmiş bir keşfin takdirini simgelediği için, diğer bilim insanlarını da pek fazla şaşırtmamış. Daha iyi bir batarya teknolojisinin, neredeyse 30 yıldır lityum-iyon pillerin yerini alamamış olması, bu keşfin önemini vurguluyor.
Araştırmacılar, bundan neredeyse 40 yıl önce çalışmaya başladıklarında, Dünya hem bir enerji krizi, hem de çevre krizi eşiğindeydi. 19. yüzyılın sonlarından itibaren, ilk otomobiller ve diğer cihazlarda bulunan bataryalar, çok verimsiz ve ağırdı. Araştırmalar o noktada tıkandı ve böylece petrol, Dünya’nın başlıca enerji kaynağı halini aldı. 1960’lardaysa, petrole bu kadar bağımlı olmanın tehlikeleri ortaya çıkmaya başladı. Hava kirliliği ve diğer çevre sorunlarının yanı sıra, petrol kıtlığı nedeniyle ciddi sosyal ve ekonomik sıkıntılar yaşandı. Böylece, enerji depolamak için yeni yollar arayışını başlatan altyapı artık hazırdı.
Bilim insanları, bu iş için periyodik tablodaki en hafif element olan lityuma yöneldi. Fakat, kolayca tepkimeye giren bu elementi bataryalarda kullanabilmek için, önce ehlileştirmek gerekiyordu. Ödül sahiplerinin gerçek başarısı da, burada ortaya çıkıyor.
Stanley Whittingham’ın geliştirdiği ilk lityum batarya, anotta lityum metali, katotta ise titanyum disülfüre gömülü lityum iyonları kullanıyordu. Fakat şarj edilirken patlama riski taşıdığı için, anottaki lityum metaline alüminyum ilave edildi.
Goodenough, katottaki titanyum disülfürü, kobalt oksit ile değiştirdi, böylece üretilen voltaj iki katına çıktı.
Yoshino ise, Goodenough’ın geliştirdiği katodu kullanarak, ilk ticari lityum-iyon bataryayı 1985’te bir araya getirdi. Anotta, petrol koku adı verilen bir malzemenin taşıdığı lityum iyonları ve elektronları bulunuyordu. Bu, bataryayı çok daha güvenli hale getirdi. Defalarca şarj edilebilen, küçük ve hafif bataryalar, bu sayede ticari ölçekte üretilmeye başladı ve modern teknolojinin bel kemiğini oluşturdu.
Kraliyet Kimya Cemiyeti’nden Prof. Dr. Dame Carol Robinson, lityumun da sonsuz bir kaynak olmadığını vurguluyor ve dünyanın dört bir yanından bilim insanlarının, bu parlak kimyagerlerin hazırladığı altyapı üzerine çalışmaya devam ettiklerini belirtiyor.
REFERENCES
- 1. https://www.theguardian.com/science/2019/oct/09/nobel-prize-in-chemistry-awarded-for-work-on-lithium-ion-batteries
- 2. https://www.quantamagazine.org/chemistry-nobel-goes-to-lithium-battery-innovators-20191009/