Česko v pasti NIMBYsmu
Názory
28. 4. 2024 05:50
Restart Česka. Republika v pohybu. Česko musí zrychlit. The country for the future. To vše jsou názvy strategií, jak modernizovat...
Projdou nové baterie „údolím smrti“? Jak konkrétně pomůže ERC grant? Jak vědci spolupracují s průmyslem? A co to jsou „chemické lasagne“? I to zaznívá v naší zvukové reportáži.
Funguje to. Doktorandka Veronika Šedajová v testovací laboratoři Českého institutu výzkumu a pokročilých materiálů (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci přiloží k baterii LED-diodu, která se rozsvítí. Na první pohled nic převratného. Vidím klasickou knoflíkovou baterii. Jenže důležité není to, jak vypadá na povrchu. Zcela nové a objevné je to, co se ukrývá uvnitř. „Jedním z elektrodových materiálů, který vydává elektrickou energii, je modifikovaný grafen, který je připravený chemií fluorografenu,“ vysvětluje vedoucí výzkumného týmu prof. Michal Otyepka.
Chemicky řečeno, jde o tzv. 2D materiály, na něž se vědci po celém světě zaměřují čím dál více, protože v nich vidí cestu k pokročilým technologiím. Typické jsou svou vrstevnatou strukturou, přičemž jednotlivé vrstvy atomů vědci dokážou od sebe oddělit. Výsledkem je materiál, u něhož můžeme měřit šířku a délku, ale v podstatě nikoli výšku – materiál je tlustý jako jeden atom. Proto označení „dvourozměrné materiály“.
Ze zmíněného fluorografenu vědci odstranili část atomů fluoru a na uvolněná místa pevnou vazbou navázali polysulfidy, tedy látky obsahující síru. Proto v našem případě mluvíme o lithium-sirných bateriích. „Jejich výhoda je, že kromě lithia a síry obsahují akorát sodík a uhlík. Takže v nich nenajdeme žádné těžké kovy ani nic dalšího, co by mělo negativní vliv na životní prostředí,“ pokračuje Otyepka. Na druhou stranu, nevýhodou lithium-sirných baterií obecně je jejich extrémně nízká životnost. Svou kapacitu ztrácí už po desítkách nabíjecích cyklů. To je z trhu prakticky vylučuje.
Tým profesora Otyepky ale našel řešení. Mezi uhlíkovou páteří fluorografenu a sírou vytvořil pevné vazby. To zabraňuje postupnému uvolňování síry při nabíjecích a vybíjecích cyklech. Materiál má vynikající výkon, vysokou kapacitu i velkou stabilitu. Pro praktické využití je příznivé i to, že vstupní surovina – běžně užívaný průmyslový lubrikant – je snadno dostupná. Oproti dnešním Li-ion bateriím tedy lithium-sirné baterie obsahují podstatně levnější materiály.
Michal Otyepka ukazuje vrstevnatou strukturu grafenu Foto: Viktor Čáp Poslední vývojové stadium?
Síra je ekologický, šetrný, dostupný a levný materiál, baterie s jejím využitím se navíc obejdou bez přítomnosti toxických kovů, jako je nikl či kobalt. Ekologické otazníky ale vzbuzuje i samotné lithium. Náročná na životní prostředí je totiž jeho těžba. A to je důvod, proč se vědecké laboratoře snaží zjistit, jak se v bateriích obejít i bez něj, CATRIN s Michalem Otyepkou nevyjímaje. Ostatně nedávno jsme informovali o jeho vývoji superkondenzátorů, které lithium neobsahují. Přesto Otyepka věří, že výzkum lithiových baterií má pořád ještě smysl: „Je to technologie, která je velmi dobře vyvinutá, dobře zmapovaná a známe její úskalí. Lidstvo by ji zatím zahazovat nemělo. Spíš musíme hledat cesty, jak tuto technologii udělat šetrnější k životnímu prostředí. Jednou z cest je recyklace lithiových baterií nebo využívání lithia v kombinaci s jinými prvky, třeba právě sírou.“
Mnoho nových výzkumů Otyepka už ale neočekává: „Základní výzkum lithiových bateriích se nejspíš chýlí ke svému závěru. Dnešní výzkumy se spíš zaměřují na baterie založené na jiných technologiích. I my se tímto směrem chceme v budoucím výzkumu vydat. V horizontu dvou tří let chceme utlumovat aktivity v oblasti lithiových baterií a chceme se v základním výzkumu soustředit na jiné baterie, založené například na sodíku a draslíku.“
S lithiovými bateriemi se přitom podle Otyepky budeme setkávat ještě minimálně dvacet let. „To, co jsem řekl, se týká základního výzkumu. Myslím ale, že je tu minimálně dvacetileté nebo třicetileté okno pro využívání té technologie. Určitě nejde o mrtvou technologii,“ věří. Lithium-sirné baterie jsou tak možná posledním, nebo alespoň jedním z posledních „vývojových stádií“ lithiových baterií. Komerční potenciál v sobě ale skrývají hodně velký. Využít půjdou všude tam, kde dnes používáme Li-ion baterie.
Hotovo za pět let, když se bude dařit
Aby se lithium-sirné baterie přiblížily praktickému využití, musí se ještě technologicky vyladit. Jedním ze současných problémů například je, že při nabíjení a vybíjení se výrazně mění objem. Pomoct by k tomu měl i prestižní grant Evropské výzkumné rady (ERC) v kategorii Proof of Concept. Tyto granty jsou určené pro špičkové badatele napříč vědními obory. Program je otevřen pouze výzkumným pracovníkům, kteří jsou nebo byli v minulosti financováni ERC. Rada uděluje podporu individuálním řešitelům a jejich výzkumným týmům na základě hodnocení vědecké excelence návrhu projektu a řešitele. Cílem výzvy Proof of Concept je podpořit úspěšné řešitele grantů ERC v nejranější fázi komercializace výstupů jejich výzkumných aktivit. Granty jsou součástí programu EU pro výzkum a inovace Horizont Evropa.
„Nám pomůže, že vyzkoušíme, jestli syntézy, které fungují v gramovém množství, jsme schopní dělat v kilogramech. Pak budeme moct oslovit průmyslové partnery, aby vyrobili prototypy velkých baterií. Ty pak budeme moct nabízet výrobcům, aby naše baterie využívali ve svých technologiích,“ vyhlíží budoucnost Otyepka.
Už teď olomoučtí vědci spolupracují s jednou firmou v Berlíně, která se vývojem lithium-sirných baterií zabývá. Vyhráno ale ještě zdaleka není. To, co funguje v malém množství, nemusí fungovat v množství velkém. Otyepka doufá, že se všechna úskalí podaří překonat. Když to vyjde, na první prototypy ekologicky šetrných a levných lithium-sirných baterií se můžeme těšit přibližně za pět let.
Chcete se dozvědět více? Poslechněte si naši zvukovou reportáž. Klikněte na lištu v horní části článku.
