Nejvěhlasnějším věrozvěstem revoluce ve skladování elektřiny je Američan John Goodenough. Možná si ho pamatujete i ze stránek našeho časopisu; v roce 2019 získal Nobelovu cenu za svůj podíl na vývoji lithium-iontových akumulátorů. Ty už jednu revoluci v oboru akumulace energie přinesly, protože umožnily rozvoj přenosné elektroniky. Bez nich bychom těžko mohli po kapsách nosit výkonné počítače, kterým jsme si zvykli říkat telefony, a automobilka Tesla by rozhodně nemohla vyrábět sportovní či luxusní vozy, leda tak – možná – vysokozdvižné vozíky.

Pro Johna Goodenougha to ovšem není dost dobré. Zhruba od roku 2015 pracuje s kolegy na vývoji nového typu akumulátoru, pro který se vžil výraz „skleněná baterie“ (představili ho v této práci). Jednoduše proto, že článek by neměl využívat kapalného elektrolytu, ale elektrolytu ze skla obohaceného o malou příměs dalších materiálů, v tomto případě některých kovů.

Pevný skleněný elektrolyt by měl přinášet celou řadu výhod. Měl by být levný, nehořlavý a samozřejmě také výkonnější. Články by podle autorů nápadu mohly mít zhruba pěti- až osminásobně vyšší kapacitu než dnešní lithiové.To znamená, že by skutečně neměl být problém sestrojit elektromobil s řádově tisícikilometrovým dojezdem (nebo alespoň auto s výrazně levnější baterií). Navíc by design měl umožňovat extrémně rychlé nabíjení, o řád rychlejší než u dnešních lithiových článků.

Tým kolem Johna Goodenougha a Marie Heleny Bragové pracuje na tomto tématu roky, zatím vydal devět vědeckých prací v různých časopisech a nechal si zaregistrovat několik patentů. V roce 2019 se dokonce objevila informace, že největší energetická společnost provincie Québec – Hydro-Québec – chce investovat do komercializace celého konceptu. Vše se zdá být na dobré cestě, ale pokud byste měli možnost si proti novému akumulátoru vsadit, silně bychom vám to doporučili.

Zkoušení laboratorních článků (foto: UoT)
Zkoušení laboratorních článků (foto: UoT)

Problém

Pokud byste Goodenoughův nový vynález hledali na internetu, najdete v podstatě pouze pozitivní PR: řadu rozhovorů s autory, víceméně nadšené články v populárně-naučných časopisech, odborná komunita se však o „skleněných baterkách“ téměř nezmiňuje. Hlasů se ozvalo jen pár a nebyly zdaleka tak pochvalné, jak byste si mohli myslet.

„Kdyby to publikoval kdokoli jiný než Goodenough, neměl bych pro tu práci příliš uctivé označení,“ nechal se třeba slyšet Daniel Staingart, materiálový inženýr z Princetonu. Jeho kritika nápadu je sice uctivá – je si plně vědom Goodenoughových zásluh v oboru –, ale také nelítostná a mnohostranná. Pro laika je nejspíše nejlépe pochopitelná jeho výtka, že „skleněný“ akumulátor porušuje první termodynamický zákon, tedy zákon o zachování energie. Ten říká, že množství energie je v rámci jednoho systému konstantní.

Podle názoru Staingarta jde prostě o chybu při snaze pochopit, co se v akumulátoru děje. To totiž není úplně jednoduché zjistit – i experimentální článek je poměrně složitý, probíhá v něm celá řada chemických procesů. Výzkum také probíhá na velmi malých článcích s malými výkony, u kterých i poměrně malá chyba měření či jiná chyba v experimentu můžou naměřené výsledky snadno zkreslit.

Autoři „skleněné baterie“ ale svá měření interpretují tak, že akumulátor kvůli exotickým jevům na rozhraní obou elektrod a dalším faktorům uvolňuje energii, aniž dochází k chemické přeměně materiálů v ní obsažených. Přitom základ lithiových a dalších chemických akumulátorů spočívá právě v tom, že skladování elektřiny je v nich spojeno s nějakou chemickou reakcí. Například u lithium-iontových akumulátorů dochází při vybíjení ke sloučení lithiových iontů a materiálu katody (dodejme, že při nabíjení se ionty uvolňují a putují do anody, kde se „uhnízdí“ v materiálu, aniž by s ním chemicky reagovaly). Steingart napsal o tématu dlouhý blogový příspěvek, ve kterém si pomáhá příměrem: Goodenough a spol. podle něj „tvrdí, že palivo vlastně neustále reaguje a přitom se nespotřebovává“. Skleněný akumulátor je podle něj jakési perpetuum mobile.

Není to jediná „zvláštnost“ nového akumulátoru. Autoři objevu dále uvádějí, že podle jejich názoru v tomto zařízení dochází také ke spontánnímu dobíjení článků. Jak konkrétně, to pouze odhadují, ale akumulátor by se tak choval přesně opačně než všechny dnešní články: ty se v menší či větší míře spontánně pouze vybíjejí.

Testování nových typů článků (fot DoE)
Testování nových typů článků (fot DoE)

Stojí si za svým

Steingart je jedním z mála odborníků na tomto složitém poli, který se revolučnímu typu akumulátoru věnoval, není ovšem jediný. V odborném tisku se objevil článek týmu z univerzity v rakouském Grazu, který se pokoušel přesně napodobit práci týmu kolem Johna Goodenougha.

Na základě svých pokusů a analýz dospěl k závěru, že ve skutečnosti probíhají ve „skleněné baterii“ jiné procesy, než se autoři domnívají. Nemělo by se tedy jednat o převratný vynález, ale chybu, k jakým ve vědě čas od času dochází. V podobných případech se mluví o tzv. patologické vědě. To je terminus technicus, který označuje situaci, kdy se vědci nevědomky odchýlí od vědecké metody a nedokážou tak objektivně posoudit slabiny své práce.

Veřejně své pochybnosti v několika příspěvcích vyjádřil také například elektrochemik Matt Lacey (poslední najdete zde). Ani toho opakované publikace o vlastnost „skleněné baterie“ nijak nepřesvědčily a důkazy o tom, že funguje, považuje za velmi slabé.

Proč se o tom příliš nemluví? Zřejmě v tom hraje roli několik faktorů. Za prvé samozřejmě proto, že samotný výzkum není triviální. Chyby se v takových případech stávají, to není nic neobvyklého. Goodenough je také 98letá legenda oboru a kritizovat jeho současnou práci (i s ohledem na jeho věk) se nepochybně může zdát neslušné a bezohledné. Ve výzkumu akumulátorů je dnes tolik vzrušujících témat, tak proč se pouštět zrovna do oblasti, kde hrozí takový zbytečný konflikt…

Dalším faktorem je to, že vědci ve většině případů nedostávají „body“ za vyvrácení cizích omylů. Ověřování a případné vyvracení cizích hypotéz je sice nezbytnou součástí vědeckého pokroku, ve skutečnosti ovšem nebývá tato snaha příliš odměňována. Vědecké časopisy i grantové agentury si mnohem více cení pozitivních výsledků než těch negativních. Takových prací, jakou udělal tým z Grazu, vychází podle mnohých odborníků příliš málo.

Z hlediska vědy jako celku je to velká škoda, protože některé omyly pak přetrvávají zbytečně dlouho. V některých oborech (např. biochemii) jde podle řady názorů odborníků z oboru o relativně vážný problém. Jak je to v případě výzkumu akumulátorů, to je těžké posoudit. Ale asi lze bezpečně uvést, že ne každá „převratná inovace“ splní, co slibuje, byť má třeba dobrý původ.

Load More