Want in de jaren zeventig van de vorige eeuw stond dr. Whittingham aan de basis van een radicaal nieuwe technologie: de oplaadbare lithium-ion-accu. De eerste exemplaren heeft hij gemaakt in het onderzoekslaboratorium van ExxonMobil in Clinton, New Jersey in de Verenigde Staten.
In 2019 kreeg dr. Whittingham voor zijn baanbrekende werk de Nobelprijs voor Scheikunde, samen met dr. John Goodenough van de University of Texas en dr. Akira Yoshino van de Meijo University in Nagoya in Japan. Vandaag de dag is Whittingham Distinguished Professor of Chemistry and Materials Science aan de Binghamton University in New York.
Het onderzoek van dr. Whittingham heeft de weg vrijgemaakt voor de ontwikkeling van de oplaadbare lithium-ion-accu. Hij en zijn team hebben namelijk ontdekt dat als je lithium-ionen tussen platen van titaniumsulfide houdt, deze ionen heen en weer kunnen bewegen tussen de positieve en negatieve contacten. En dat levert elektriciteit op.
“Lithium-ion-accu’s hebben een technische revolutie mogelijk gemaakt,” zegt Sara Snogerup Linse, professor fysische scheikunde aan de Lund University in Zweden en voorzitter van het Nobelcomité voor de scheikundeprijs.
Oplaadbare accu’s bestonden al vele tientallen jaren toen Whittingham voor het eerst zijn versie voorstelde. Maar de oplaadbare accu’s van die tijd waren zware loodaccu’s, die je nog steeds in veel auto’s vindt. En hoewel wegwerpbatterijen van zink en koolstof – waarmee veel afstandsbedieningen werken – ook toen al gangbaar waren, zou het onhandig én duur zijn om die steeds te moeten vervangen bij bijvoorbeeld een computer, die veel meer energie verbruikt.
Uit eerder onderzoek bleek al dat het zeer reactieve metaal lithium bruikbaar was voor opslag van energie. Toch was Whittingham de eerste die ontdekte hoe dit mogelijk was bij kamertemperatuur zónder ontploffingsgevaar. Zijn originele ontwerp maakte gebruik van titaniumsulfide, een materiaal van 2,5 volt. Het intercalatiemechanisme dat hij ontwierp – waarbij de structuur ionen opneemt tijdens het ontladen, en die daar weer uit drukt tijdens het laden – heeft de basis gevormd voor moderne lithium-ion-accu’s.
In 1980 heeft Whittingham samengewerkt met zijn latere mede-Nobelprijswinnaar John Goodenough aan de University of Texas in Austin. Hier heeft hij zijn oorspronkelijke doorbraak verbeterd door metaaloxiden en materialen met een hogere spanning te gebruiken, namelijk van 4 volt. Voortbordurend op dit werk heeft dr. Yoshino in Japan de eerste commerciële lithium-ion-accu ontwikkeld.
Lithium-ion-accu’s – die een hoge energiedichtheid hebben – voorzien laptops, tablets, smartphones en de meeste elektrische auto’s van stroom. Dankzij deze technologie kunnen zelfs vliegtuigen op zonne-energie blijven vliegen nadat de zon is ondergegaan, zoals de recordbrekende Solar Impulse 2. Ook elektriciteitsnetten die afhankelijk zijn van onregelmatige energiebronnen – zoals wind- of zonne-energie – maken steeds meer gebruik van enorme lithium-ion-accu’s om energie op te slaan voor momenten waarop de vraag de elektriciteitsproductie overtreft.
Whittingham, Goodenough en Yoshino hebben voortgebouwd op elkaars werk. Met hun baanbrekende onderzoek hebben ze een innovatie teweeggebracht die de manier waarop de wereld energie gebruikt én opslaat grondig heeft veranderd.
