Nabití za pět minut, dojezd 1000 km. Kdy se konečně dočkáme převratné baterie?
Vědci představili přelomovou baterii, která se nabije za pět minut, má dojezd 1000 km a životnost přes milion kilometrů! Podobných titulků se ve zprávách objevuje tolik, že je člověk bere vážně asi jako e-maily od nigerijských dědiců. Je na nich něco pravdy? A jestli ano, tak proč už ty zázračné baterie dávno nemontujeme do aut?
Lithiové baterie dnes schytávají spoustu kritiky, ale přitom jsou doslova malý zázrak. Slavný chemik Gilbert Newton Lewis s nimi začal experimentovat už v roce 1912, jednorázové články se prodávají od 70. let minulého století a dobíjitelná verze vznikla v laboratořích Sony v roce 1991. Máme s nimi tedy dekády zkušeností, ale přesto je pořád dokážeme vylepšovat. Například množství energie, které dokážeme uložit do kilogramu baterie, roste každoročně o 3–8 % a podle všeho máme stále k dispozici skoro 50% potenciál navyšování (dnešní špičkové baterie nesou v každém kilogramu kolem 260 Wh energie, ale Elon Musk slibuje, že se brzy dostaneme až na 400 Wh).
Vylepšuje se i proces těžby lithia, který by už neměl polykat kvanta vody. Doufáme, že ho brzy budeme těžit z oceánů, a velké pokroky děláme v recyklaci baterií. Volkswagen už například najíždí na cirkulární proces, ve kterém bude více než 90 % materiálů z vyřazených článků recyklovat a znovu používat.
Vyrobit nové není vůbec snadné
Zatímco „staré“ baterie jsou stále lepší, ty nové se málokdy dostanou přes počáteční fázi testování v laboratořích. Odkud se tedy berou novinové titulky o „vědcích, kteří vyvinuli přelomovou baterii“? Většinou pochází z PR materiálů startupů, které ohlásí slibné výsledky počátečních experimentů a potřebují finance na další vývoj. Fázi očekávání ale následně zpravidla vystřídá fáze zklamání, protože startup nedokáže laboratorní výsledky aplikovat v procesu sériové výroby a končí buď v bankrotu, nebo ho koupí nějaká velká firma.
Hezky to ilustruje případ startupu Envia. Ten v roce 2012 oznámil, že se mu podařilo vyvinout baterii s elektrodami z křemíku a slitiny niklu, manganu a kobaltu. Elektromobil by s ní ujel kolem 500 km a výrobní cena měla být oproti konkurenci jen asi poloviční. Licenci okamžitě koupil automobilový gigant General Motors a jeho laboranti se pustili do ověřování nové technologie. Po roce neúspěšných pokusů byli nuceni oznámit, že baterie zdaleka nedosahuje slibovaných výsledků a že ani vývojáři Envie netuší, co se kde pokazilo. Chemicko-fyzikální procesy v bateriích jsou totiž tak složité, že jejich vývoj často probíhá způsobem pokus omyl. Je tedy docela dobře možné, že prototyp akumulátoru fungoval jen díky nějaké drobné kontaminaci v kterékoliv ze stovek použitých materiálů.
Případe Envie není vůbec výjimečný. Podobný osud potkal startupy Leyden Energy, A123, Imara, Xtreme Power, Infinite Power Solutions, Seeo, Sakti3 a další. Jak složité bude lithiový akumulátor nahradit, dokazuje konference „Beyond Lithium-Ion“. Vědci se na ní každý rok sejdou, představí nové objevy, zatleskají startupům a rozejdou se s vírou, že to tento rok už konečně vyjde. První ročník proběhl v roce 2009 a nezdá se, že by ten letošní měl být poslední.
Nevíme, pro co se rozhodnout
Bylo by nefér tvrdit, že se ve vývoji nových akumulátorů neděje vůbec nic. Někteří vývojáři se dokonce potýkají s paradoxem, že mají slibných výsledků až příliš. Postěžoval si na něj například Christos Athanasiou, šéf vědců, kteří na Brownově univerzitě experimentují s grafenem. V rozhovoru pro portál Futurism si povzdechl, že vždy když přijdou na nějaké převratné řešení, další pokusy ho vzápětí vylepší.
Když jeho tým aplikoval na křemíkovou elektrodu grafenovou membránu, získal baterii s radikálně lepší pevností, vodivostí a odolnou proti změnám teplot. Vzápětí ale zjistili, že daleko lepších výsledků dosáhnou s membránou z oxidu grafenu. Pak z oxidu grafenu zredukovali struktury vážící kyslík a výsledky zase poskočily. Podobných týmů na světě působí stovky.
Experimentuje se s novými materiály na elektrodách, s uspořádáním článků a velké naděje se (už dlouho) vkládají do baterií s pevným elektrolytem. Každý nový objev ale paradoxně odsouvá sériovou výrobu dál do budoucna. Současný trh totiž ovládají tři giganti – Panasonic, Samsung a LG Chem – kteří sází na postupné vylepšování stávajících baterií. Dokud nebude k dispozici bezchybně fungující koncept, který bude možné vyrábět v milionových sériích, ani jeden z nich se do obřích investicí potřebných pro rozjezd nové továrny nepustí.
Dočkáme se někdy?
Futurolog Roy Amara vyslovil v 70. letech minulého století postulát, že každá nová technologie prochází čtyřmi stádii vývoje. V první fázi vzbudí očekávání, že okamžitě změní svět. V druhé fázi probíhá výzkum, zdánlivě se nic neděje a nastává deziluze. Ve třetí fázi se technologie objeví v praxi, ale nikdo jí moc nedůvěřuje. Nakonec se ve čtvrtém kroku technologie stane běžnou součástí každodenního života. Nová generace akumulátorů je dnes podle všeho někde mezi druhou a třetí fází. O čtvrté fázi zatím stále platí skeptický, ale trefný výrok, že od přelomové baterie nás bude „navždy dělit pět let“.
