De är allestädes närvarande och viktiga för att navigera i det moderna livet. Små, ljus, laddningsbara:litiumjonbatterier har revolutionerat vår värld på mindre än tre decennier.

På onsdag, John Goodenough, Stanley Whittingham och Akira Yoshino, uppfinnarna av en teknik som tas för givet av de flesta, fick den mest prestigefyllda kemnickningen av alla:ett Nobelpris.

"De skapade en uppladdningsbar värld, "uppgav Kungliga Vetenskapsakademien, som tilldelas utmärkelsen.

Vad är grejen?

Endast kommersialiserad 1991, litiumjonbatterier driver nu miljoner på miljoner mobiltelefoner, bärbara datorer, tabletter, kameror, hörapparater, pacemakers, solpaneler, skotrar, cyklar och även långväga elbilar.

"Över två tredjedelar av världens befolkning äger en mobil enhet vare sig det är en smartphone, en bärbar dator eller surfplatta, och nästan alla drivs av uppladdningsbara litiumjonbatterier. De är de dolda arbetshästarna i mobiltiden, "Paul Coxon vid University of Cambridge Institutionen för materialvetenskap och metallurgi till AFP.

De har ökat människors rörlighet avsevärt, och gav miljoner i utvecklingsländer åtkomst till information och tjänster online med bara en mobiltelefon.

Litiumjonbatterier har också minskat vårt beroende av planetvärmande fossila bränslen, särskilt i elbilar.

Vidare, de kan användas i kombination med förnybara men fluktuerande energikällor som solen eller vinden, fånga och lagra energi för att återanvändas senare.

För Coxon, litiumjonbatteriet är en värdig Nobelmottagare eftersom det spelar till själva ursprunget till det prestigefyllda priset.

"Den praktiska tillämpningen av vetenskap till gagn för mänskligheten; grundläggande vetenskap läggs direkt i din hand, "sa han." Jag håller bokstavligen en telefon i handen just nu. "

Vad förändrades?

Till skillnad från sin föregångare, blybatterier utvecklade i mitten av 1800-talet, litiumjonbatterier är laddningsbara.

De är mindre, lättare, längre och kan göras mer kraftfull.

Elbilsbatterier "väger inte längre två ton utan 300 kilo (660 pund), sa Sara Snogerup Linse, en professor i fysisk kemi och medlem i Nobelkommittén för kemi.

Hur fungerar de?

När ett batteri är anslutet till en krets, laddade joner rör sig inuti batteriet, vanligtvis i en kemisk lösning, mellan två elektroder - en anod och en katod.

Kemiska reaktioner sker vid var och en av elektroderna, skapa en uppbyggnad av elektroner i ena änden. Elektronerna försöker balansera om, men kan inte röra sig genom batteriet, tvingar dem att resa genom kretsen, avger elektrisk energi.

Den positiva elektroden är gjord av en komposit av litium - den lättaste metallen som är känd för människan och nyckeln till designens framgång, enligt Olof Ramstroem, en kommittémedlem.

"Litium har så enormt attraktiva egenskaper och det betyder att du kan få ett mycket lätt batteri som är litet med hög effekt och effektivitet, sa han efter onsdagens besked i Stockholm.

"Litium är mycket reaktivt ... vilket är vad vi behöver - vi behöver elektronerna från litiumet. Det här handlar om att försöka tämja det och få in det i det lilla batteripaketet som verkligen är användbart för oss."

Nackdelen

En artikel publicerad i tidningen Natur i juli förra året varnade för att reserver av råvaror som används i litiumjonbatterier som kobolt och nickel, är knappa och dyra och tar snabbt slut.

Litium finns i en rad mineraler och i salt eller saltlake, medan produktionen av elektroderna kräver sällsynta metaller som kobolt och nickel.

"Vi kunde inte nödvändigtvis ha förutsagt för 40 eller 50 år sedan att tantal, indium, alla dessa intressanta element skulle bli mycket viktiga, "sa Coxon, pekar på miljöskador och påfrestningar på infrastruktur på platser där mineralerna finns - särskilt i Sydamerika.

"Det lägger press på hur vi etiskt källor till dessa."

Stora mängder förbrukade litiumjonbatterikomponenter hamnar på deponier, han lade till. De skickas ofta till återvinningsanläggningar, ofta i utvecklingsländer, där de avskalas till sina basdelar och återanvändbara bitar återvinns.

"Det är en mycket viktig miljöutmaning, sa Coxon.

Tillagde Maeva Philippot, en elektroteknisk forskare vid Vrije Universiteit Bryssel:"Återvinning kommer att bli viktigare eftersom vi har fler och fler batterier som når slutet av deras liv."

Blickar framåt

Forskare och ingenjörer runt om i världen arbetar för att göra li-ion-batterier ännu mindre, håller längre, snabbare att ladda och mindre flyktig.

De är kända för att överhettas och ibland explodera, och är relativt dyra att tillverka, särskilt på grund av de höga kostnaderna för nickel och kobolt.

"Det kommer nya kemier som gör att vi kan göra ännu mindre batterier, sa Philippot.

När det gäller återvinning:"Europa gör ett nytt direktiv för batterier i slutet av sina liv och hur de kan återvinnas och återanvändas i andra enheter.

"Till exempel, elfordonsbatterier kan användas hemma för att lagra energi hemma och laddas av solpaneler. Det finns många projekt som tittar på det "andra livet" eller återanvändning av batterier. "

© 2019 AFP