Pátek 21. června 2024
ikona hodiny16. 4. 2022 07:00

I brzda může být pohonem. Díky olomouckým vědcům

Autobus zabrzdí, čímž nabije baterii. Ta pak předá energii motoru. Není to sci-fi, ale už docela blízká budoucnost. Bržděním se ztrácí mechanická energie. Stačí ji tedy zachytit a znovu efektivně využít. Akorát je k tomu potřeba vynalézt takovou baterii, která se dokáže velmi rychle a účinně nabít. Abychom byli přesní, nemluvme o baterii, ale o superkondenzátoru. Jeho prototyp teď připravují vědci v Olomouci.

Daniel Mrázek autor

Foto: Shutterstock.com Bržděním se ztrácí energie. Vědci ví, jak ji zpětně využít Foto: Shutterstock.com

Fluorografen – látka, kterou vědecká veřejnost zpočátku zavrhovala. Teď má před sebou hodně slibnou budoucnost. Právě díky ní elektromobil nabijeme za pět minut. Více se o nadějném výzkumu dozvíte v naší zvukové reportáži.

Vysokokapacitní, bezpečný a k přírodě šetrný superkondenzátor, tedy zařízení pro uchovávání elektrické energie, vyvíjí vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci ve spolupráci s kolegy z Bar-Ilanovy univerzity v Izraeli a italskou firmou ITELCOND. Využijí k tomu v Olomouci vyvinutý materiál odvozený od grafenu, který už chrání evropský patent. Výzkum, který má posunout objev do praxe, je možný díky prestižnímu a v tuzemsku ojedinělému grantu Evropské rady pro inovace (EIC) Transition Challenges s dotací bezmála 2,5 milionu eur (cca 62,5 milionů korun).

Dusíkem obohacený grafen, který jsme vyvinuli z fluorografenu, se ukazuje pro využití v superkondenzátorech jako velmi perspektivní. V porovnání s grafitem má materiál větší hustotu, která v kombinaci s velkou schopností adsorbovat ionty z elektrolytu vede k velmi vysoké objemové hustotě energie, výrazně vyšší než u všech dosud popsaných superkondenzátorových materiálů na bázi uhlíku nebo grafenu. To může přinést přelomové zlepšení výkonu superkondenzátorů,“ říká vedoucí výzkumného týmu prof. Michal Otyepka.

Látka, kterou olomoučtí vědci pro vývoj superkondenzátorů používají, patří mezi tzv. 2D materiály. Tedy látky, které se skládají z jednotlivých vrstev atomů – a vědci tyto jednotlivé vrstvy dokážou od sebe oddělit. Na studium těchto materiálů se soustředí fyzici po celém světě. Předpokládají totiž, že právě přes 2D materiály vede cesta k dokonalejším technologiím.

Seká se vám počítač? Oceníte nový vědecký objev!

Zatraktivní elektromobily, jejich nabíjení potrvá pět minut

Superkondenzátor ukládá elektrickou energii. „Uvnitř dochází k přeskupování iontů elektrolytu. Tento fyzikální proces je velmi rychlý, což je obrovská výhoda oproti bateriím. V baterii totiž musí dojít k chemické reakci, zatímco v superkondenzátoru pouze k přeskupení chemických iontů. Díky tomu se nabíjí velmi rychle a dokážou to v podstatě v neomezeném počtu cyklů,“ poukazuje Otyepka na známou vlastnost baterií, že po určitém počtu nabití jejich kapacita klesá a životnost končí. Superkondenzátory jsou v tomto ohledu mnohem trvanlivější.

Superkondenzátory se nejen rychle nabíjí, ale i vybíjí. Toho využívají například defibrilátory. Právě u těchto život zachraňujících zařízení je nutné, aby se dokázaly rychle nabít a zároveň rychle předat velké množství energie. Michal Otyepka zároveň předpokládá, že vyvíjené superkondenzátory pomůžou vyřešit zásadní problém současných elektromobilů – dlouhou dobu nabíjení baterie. Superkondenzátor se prý dokáže nabít za pár minut. Budoucnost elektromobility tak Otyepka vidí v kombinaci superkondenzátorů a baterií. Díky propojení obou technologií se urychlí nabíjení a zvýší životnost baterie.

Vyvíjené superkondenzátory navíc umožní i šetřit energií. „Když auto brzdí, velké množství energie uniká. Ale existuje systém rekuperace energie – mechanická energie vozu se dá zpětně uložit do elektrické energie. Na to jsou dobré právě superkondenzátory. Bržděním na křižovatce si nabiju superkondenzátor a uloženou energii pak využiju při rozjezdu,“ nadšeně líčí profesor. Ušetří se tím nejen energie v baterii, ale i baterie samotná. Už jsme zmínili, že chemické baterie se nabíjením a vybíjením opotřebovávají. Díky superkondenzátorům se tento cyklus prodlouží, čímž se prodlouží i životnost baterie.

Foto: Daniel Mrázek Veronika Šedajová a Michal Otyepka v laboratoři Foto: Daniel Mrázek

Slibný komerční potenciál

Hledání materiálů pro účinné ukládání elektrické energie patří mezi velmi žhavé výzvy současné vědy. V souvislosti se snahou omezit spotřebu fosilních paliv, rostoucí mobilitou a zvyšujícím se počtem elektronických zařízení roste celosvětově poptávka nejen po cenově dostupné, spolehlivé a udržitelné energii, ale i po jejím efektivním skladování. Současně s tím vědci přemýšlí i o tom, jak při ukládání energie omezit závislost na lithiu, jehož těžba mnohdy není zrovna ekologická.

Nový materiál z CATRIN lze připravit z grafit fluoridu, průmyslového lubrikantu dostupného na trhu v tunách, což zvyšuje jeho případnou komerční dostupnost. „Zároveň jsme velmi dbali na to, aby byla výsledná součástka co nejvíce šetrná k životnímu prostředí. Toho jsme, kromě použití samotného uhlíkového materiálu, dosáhli také volbou elektrolytu v superkondenzátoru,“ přidává se další členka řešitelského týmu Veronika Šedajová, která je také spoluautorka nedávno uděleného evropského patentu.

Díky získanému grantu EIC vědci můžou ve spolupráci s italským partnerem přistoupit k vývoji prototypu superkondenzátoru. Zkoumají, které složení elektrolytu nabídne nejlepší vlastnosti, a zároveň se zajímají o to, jak dosud malou produkci v laboratoři přenést do průmyslových meřítek. Asi za dva nebo tři roky by měl světlo světa spatřit certifikovaný prototyp, o který můžou projevit zájem výrobci elektromobilů i medicínské techniky.

 

Více se dozvíte v naší zvukové reportáži.

Články autora Daniel Mrázek

Nejnovější články

Cestovní ruch
Pražské zastupitelstvo schválilo novou strategii cestovní ruchu

Součástí strategie na roky 2024–2027 jsou i konkrétní...

Vyhodnocení Koncepce příjezdového cestovního ruchu Zájmy Prahy na...

Pohled z praxe
Digitalizace HR: Trend, který mění svět podnikání

Firmy se primárně zaměřují na digitalizaci výroby a...

„Pokud personální oddělení stále využívá převážně papírové dokumenty,...

Nové technologie se v HR aktuálně využívají v rámci...

Analýzy
Stavby se prodražují kvůli neočekávaným nákladům

Z průzkumu společnosti CEEC Research vyplývá, že 26...

Klíčovou roli v regulaci stavebního procesu, a tedy...

Dobré i špatné zkušenosti s řešením neočekávaných nákladů u...

Údaje vycházejí z Kvartální analýzy českého stavebnictví Q2/2024 zpracované...

Nejnovější Aktuality

Cestovní ruch
Pražské zastupitelstvo schválilo novou strategii cestovní ruchu

Součástí strategie na roky 2024–2027 jsou i konkrétní...

Vyhodnocení Koncepce příjezdového cestovního ruchu Zájmy Prahy na...

Analýzy
Stavby se prodražují kvůli neočekávaným nákladům

Z průzkumu společnosti CEEC Research vyplývá, že 26...

Klíčovou roli v regulaci stavebního procesu, a tedy...

Dobré i špatné zkušenosti s řešením neočekávaných nákladů u...

Údaje vycházejí z Kvartální analýzy českého stavebnictví Q2/2024 zpracované...

Aktuality
V Praze se konal největší bitcoinový festival v Evropě

V Praze během svého vystoupení mimo jiné představil 21...

Češi si bitcoin opravdu velmi oblíbili. K více...