Akira Yoshino hat die Batterie revolutioniert. Diese Leistung wurde jetzt mit dem Europäischen Erfinderpreis 2019 in der Kategorie außereuropäisches Land gewürdigt. Bei der Siegerehrung freute er sich, dass er seine Innovation heute in allen Händen sieht: Ohne seine kleine, leichte, sichere und wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie wäre die Stromversorgung von Smartphones und Laptops nicht gegeben. Innovation Origins sprach mit dem Forscher am Rande des Events in Wien.
Yoshino nahm die Entwicklung wiederaufladbarer Batterien 1981 auf. Zu einem Zeitpunkt, als die Batterien noch groß, schwer und teuer waren – und nicht für die Stromversorgung mobiler elektronischer Geräte geeignet waren. Leichtere Alternativen auf Basis von Lithium explodierten häufig oder entzündeten sich. Yoshino verzichtete vollkommen auf Lithium-Metall an der Anode der Batterie. Stattdessen verwendete er einen sicheren, elektrisch leitenden Kunststoff, das Polyacetylen. Dieses ersetzte er später durch eine Kohlenstoffverbindung. Das Material der Kathode tauschte er gegen Lithiumkobaltoxid aus. Außerdem integrierte er eine hitzesensitive Membran auf der Basis von Polyethylen zwischen den reaktiven Schichten. Diese Folie schmilzt, wenn sich die Batterie zu stark erhitzt und fungiert somit als Sicherung, die verhindert, dass die gesamte Struktur zu brennen beginnt.
Die Patentanmeldung für die Lithium-Ionen-Batterie ein, wie wir sie heute kennen, reichte Yoshino 1983 ein. 1991 waren Sony und Asahi die ersten Unternehmen, welche die Lithium-Ionen-Batterie kommerziell umsetzten. Bis 2016 lag der Weltmarktanteil von Asahi Kasei für Separatoren für Lithium-Ionen-Batterien bei siebzehn Prozent. 2017 wurde das globale Marktvolumen für Lithium-Ionen-Batterien auf sechsundzwanzig komma fünf Milliarden Euro beziffert. Bis 2025 wird mit einem Wachstum auf mehr als achtzig Milliarden Euro gerechnet.
Sie haben bisher sechzig Patente angemeldet. Sind alle diese Patent dem Sektor Lithium-Ionen-Batterie zugehörig?
Ja, bei allen sechzig Patenten geht es um die Lithium-Ionen-Batterie. Die Patente gelten zwanzig Jahre. Manche sind bereits abgelaufen, andere gelten noch. Aber alle Technologien sind noch in Verwendung.
Was fasziniert Sie am meisten an ihrem Forschungsfeld?
(Lacht) Es macht mich glücklich, dass immer wieder neue Märkte entstehen, für die Technologien, die ich entwickle. Die Märkte kommen einfach herein. Die ersten Geräte, die kleine, leichte, wiederaufladbare Batterien forderten, waren das Mobiltelefon und der Laptop. Jetzt taucht mit den elektrischen Fahrzeugen ein neuer Markt auf. Ich finde diese Entwicklung unglaublich und es macht mich glücklich, wieder einen neuen potenziellen Arbeitsbereich zu haben.
Sie arbeiten nach wie vor an einer zunehmenden Sicherheit und Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien. Welches ist Ihr gegenwärtiges Forschungsproblem?
Sicherheit ist ein kritischer und wichtiger Parameter. Deshalb setzen wir unsere Forschung in dem Bereich fort. Ich denke, dass die Feststoff-Batterie einen großen Fortschritt im Bereich Sicherheit darstellen wird – aber auch in der Effizienz. Das ist ein neues Feld.
Die Lithium-Ionen-Batterie ist nach wie vor die leistungsfähigste. Es gibt aber auch Bemühungen, neue Batterietypen zu entwickeln – wie etwa die Magnesium-Batterie am Helmholtz-Institut. Was halten Sie davon?
Es bleibt abzuwarten wie sich diese neuen alternativen Technologien entwickeln und ob sie einen Durchbruch erleben werden. Das ist das Entscheidende. Was wir definitiv sagen können, ist, dass die Feststoff-Batterie einen Durchbruch erlebt hat. (Anmerkung: Bei Feststoffbatterien bestehen beide Elektroden und auch der Elektrolyt aus festem (nicht flüssigem) Material. Sie sind schnell zu laden und nicht entflammbar.)
In Europa gibt es auch Forschung zu nachhaltigen Batterien, zum Beispiel Typen, die aus Apfelresten hergestellt werden, wie diese aus einem Forschungsprojekt aus dem Helmholtz Institut hervorgingen. Was denken Sie über Nachhaltigkeit bei wiederaufladbaren Batterien?
(Lacht) Wenn es um Nachhaltigkeit von Batterien geht, gibt es zwei Betrachtungsweisen: Zunächst muss eine Batterie ihre Funktion erfüllen und eine bestmögliche Speicherkapazität für Elektrizität liefern. Dadurch ist eine hohe Effizienz und eine nachhaltige Nutzung von Elektrizität gewährleistet. In weiterer Folge geht es um die Frage, wie die Batterie als solches nachhaltig werden kann. Wir müssen Recycling-Technologien für Batterien entwickeln. Wir nutzen kein Lithium-Metall an der Anode. Aber insbesondere die Kathode, für die wir Lithiumkobaltoxid nutzen, muss recycelt werden.
Danke für das Gespräch.
Über Akira Yoshino
1948 in Suita (Osaka) geboren, studierte Yoshino Petrochemie und promovierte in Ingenieurwissenschaften. Seit 1972 ist er für den Chemiekonzern Asahi Kasei in der Präfektur Tokio tätig. Heute fungiert er als General Manager des Yoshino Labors und Präsident des Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center (LIBTEC). Seit 2017 hat der Forscher zusätzlich eine Professur an der privaten Meijō-Universität in der Präfektur Aichi inne. Seine Arbeit wurde schon mit mehreren hochdotierten Preisen ausgezeichnet. Yoshino ist Fellow der Chemical Society of Japan, erhielt 2013 den Global Energy Prize (Russland), 2014 den Charles-Stark-Draper-Prize der United States National Academy of Engineering und 2018 den Japan Prize.
Auch interessant:
Rik Breur gewinnt Europäischen Erfinderpreis 2019 in der Kategorie kleine und mittlere Unternehmen
Der Lely Melkroboter ist im Finale des Europäischen Erfinderpreis 2019
Zerstörungsfreie Rückgewinnung von Kathodenmaterial aus Lithium-Ionen-Batterien
Langlebigkeit und Sicherheit: Brennende Probleme bei Batterien
