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Jun 18, 2024

Der revolutionäre Batteriewissenschaftler John Goodenough stirbt im Alter von 100 Jahren

John Goodenough, ein Pionierforscher, der zur Umgestaltung von Lithium-Ionen-Batterien beigetragen hat, ist am Sonntag im Alter von 100 Jahren gestorben. Seine Erfindungen trugen zur Entwicklung moderner Computer und zur Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Computern bei

John Goodenough, ein Pionierforscher, der zur Umgestaltung von Lithium-Ionen-Batterien beigetragen hat, ist am Sonntag im Alter von 100 Jahren gestorben.

Seine Erfindungen, die zur Entwicklung moderner Computer und zur Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Batterien beitrugen, beeinflussten das Leben jedes Menschen auf dem Planeten. Dennoch kannten ihn nur wenige, und seine Arbeit brachte ihm keinen Reichtum, obwohl sie ihm sehr spät im Leben einen Nobelpreis einbrachte. All das störte Goodenough nicht, da er fast bis zu seinem Lebensende immer bessere Batterien entwickelte. Seine jahrzehntelange Arbeit und Innovation sind heute ein Eckpfeiler im Wettlauf um die Dekarbonisierung der Fahrzeuge und des Energiesystems der Welt.

Goodenough wurde 1922 als Sohn amerikanischer Eltern in Deutschland geboren, und sein Leben lässt sich so zusammenfassen, dass er sich an unbekannten Orten wiederfand und es dennoch schaffte, sich zu übertreffen. Er wuchs in New Haven, Connecticut, in der Nähe der Yale University auf, wo sein Vater Religionsgeschichte lehrte. In seiner Autobiografie Witness to Grace aus dem Jahr 2008 erzählt er von einer Kindheit voller entfernter Eltern und „tiefer Verletzung“.

Nachdem er im Alter von 12 Jahren auf ein privates Internat gegangen war, lernte er Latein und Griechisch, lernte, mit Leseschwierigkeiten umzugehen und erhielt ein Stipendium für ein Mathematikstudium in Yale. Dann kam der Zweite Weltkrieg, und auf Anregung seines Mathematiklehrers meldete er sich als Meteorologe an, anstatt an die Front zu gehen. Goodenough diente fast drei Jahre lang in der US-Luftwaffe, zunächst in Neufundland und dann im nordatlantischen Archipel der Azoren.

Bei seiner Rückkehr erfuhr er, dass sein Yale-Tutor ihn für ein Graduiertenstipendium an der University of Chicago empfohlen hatte, wo er sich für ein Physikstudium entschied, obwohl er im Grundstudium nur Grundkurse zu diesem Thema belegt hatte. Dort studierte er bei prominenten Physikern, darunter Enrico Fermi, der am Manhattan-Projekt zur Entwicklung der Atombombe beteiligt war. Seine Abschlussarbeit befasste sich mit Festkörperphysik und untersuchte die Bewegung von Elektronen in Metallen, die mit nichtmetallischen Elementen dotiert waren. Während seines Studiums lernte er eine Geschichtsstudentin namens Irene Wiseman kennen und heiratete sie, mit der er bis zu ihrem Tod im Jahr 2016 verheiratet blieb.

Nach seiner Promotion verbrachte Goodenough 24 Jahre am vom US-Verteidigungsministerium finanzierten Lincoln Laboratory am Massachusetts Institute of Technology. Seine Arbeiten in den 1950er und 1960er Jahren zu Verbindungen aus Metallen und Sauerstoff trugen dazu bei, die Entwicklung von Arbeitsspeichern (Random Access Memory, RAM) voranzutreiben, die als Zentrum für den kurzfristigen Datenzugriff eines Computers dienen.

Als 1976 die Finanzierung ausging, dachte er kurz über eine Stelle im Iran nach, wo er Solarenergie studierte, mit einem Zuschuss von 7 Millionen US-Dollar vom Schah, so Seth Fletcher, Autor eines Buches über Batterien mit dem Titel „Bottled Lightning“. Doch dann sicherte sich Goodenough eine Stelle als Leiter der anorganischen Chemie an der Universität Oxford – eine weitere Position, für die er auf dem Papier nicht geeignet gewesen wäre, da er während seines Studiums nie Chemiekurse belegt hatte. In Oxford wandte er seine Aufmerksamkeit den Batterien zu, nachdem die Ölkrise von 1973 sein Interesse an alternativen Energieformen geweckt hatte.

Alle Batterien, seit der allerersten Batterie, die 1799 von Alessandro Volta erfunden wurde, bestehen aus drei Komponenten: zwei Elektroden – als Anode und Kathode bezeichnet – mit einem Elektrolyten, der den Fluss geladener Atomteilchen, sogenannter Ionen, zwischen ihnen ermöglicht. Lithium ist das leichteste Metall im Universum und eine Batterie, die Lithium-Ionen nutzen kann, wäre in der Lage, die maximale Energiemenge auf kleinstem Raum zu speichern.

Ein Exxon-Wissenschaftler namens Stanley Whittingham hatte Anfang der 1970er Jahre eine Batterie entwickelt, die Lithium nutzte. Doch gerade dieser Wunsch, Batterien energiedicht zu machen, führte dazu, dass Whittinghams Batterie – die Lithiummetall als Anode und Titansulfid als Kathode verwendete – Feuer fing.

Aus Sicherheitsgründen wandte sich Goodenough Verbindungen zu, die er während seiner Zeit bei der Entwicklung von Arbeitsspeichern untersucht hatte: Oxide. Gemeinsam mit zwei Doktoranden fand er heraus, dass Kobaltoxid eine überlegene und sicherere Kathode darstellt.

Oxford ließ Goodenoughs Erfindung jedoch nie patentieren und verschenkte sie an eine britische Nuklearforschungsagentur in der Hoffnung, dass sie kommerzialisiert werden könnte. Später fand der japanische Chemiker Akira Yoshino heraus, dass die Verwendung von Graphit als Anode zu einer sichereren und langlebigeren Batterie führte.

Diese Kombination von Arbeiten half Sony 1991 bei der Kommerzialisierung des ersten Lithium-Ionen-Akkus und erwies sich als großer Erfolg. Auch heute noch verfügen die meisten tragbaren Elektronikgeräte über Kobaltoxid-Anoden und Graphit-Kathoden. Für seine Pionierarbeit wurde Goodenough 2019 zusammen mit Whittingham und Yoshino mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Nachdem er Oxford 1986 verlassen hatte, lehrte Goodenough an der University of Texas in Austin und entwickelte weiterhin bessere Batteriematerialien. Ende der 1990er Jahre entwickelte er ein neues Kathodenmaterial namens Lithiumeisenphosphat (LFP), das später von A123 Systems LLC modifiziert und kommerzialisiert wurde.

Erstens machten Lithium-Ionen-Batterien die Elektronik tragbarer. Heute ist die Technologie ein wichtiges Instrument bei den weltweiten Bemühungen, den CO2-Ausstoß einzudämmen und dazu beizutragen, den Straßentransport von Öl zu verlagern.

„Ich wusste nicht, dass sie Milliarden wert sein würden“, sagte Goodenough 2019 in einem Interview mit C&E News über Lithium-Ionen-Batterien, Monate bevor er der älteste Mensch wurde, der einen Nobelpreis erhielt.

Als der Wert von Batterieerfindungen in die Höhe schoss, kam es laut Fletchers Bottled Lightning zu Kämpfen vor Goodenoughs Türen. Er unterzeichnete einen Vertrag für seine LFP-Erfindung mit einem kanadischen Unternehmen, das A123 der Verletzung vorwarf. Ein japanischer Forscher arbeitete in Goodenoughs Labor und meldete in Japan Patente auf der Grundlage dieser Arbeit an, ohne ihn zu würdigen. Direkt davon hatte er wenig bis gar nichts, und er verschenkte sogar das geringe Preisgeld, das er verdiente, um Stipendien zu vergeben.

Goodenough war bekannt für sein überschwängliches Lachen, sein Engagement für die Wissenschaft und den großen Respekt der Tausenden von Studenten, die er im Laufe seines Lebens unterrichtete.

Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien war das Werk vieler, aber Goodenough spielte eine überragende Rolle. Und obwohl er für seine Arbeit an Lithium-Ionen-Batterien die meiste Anerkennung erhielt, war dies nicht sein Lieblingsproblem. Stattdessen erzählte er Nature, dass ihm die Arbeit am „Mott-Übergang“, bei dem es um die Erforschung von Metallen, Elektronen und Magnetismus ging, die größte Freude bereitete.

Der Ratschlag, den er häufig gab, war, nie zu früh in den Ruhestand zu gehen, und diesen befolgte er. In den letzten Jahren arbeitete er an einem glasartigen Festelektrolyten, der Batterien sicherer machen würde, indem er den brennbaren flüssigen Elektrolyten eliminierte, der Lithium-Ionen-Batterien immer noch zu schaffen macht. Die Lösung dieses Problems wird seinen Erfindern Milliarden von Dollar einbringen, und Goodenough kümmerte sich dabei nicht darum.

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