Zázrak, nebo podvod? Specialistka vysvětluje pozadí českého akumulátoru (idnes.cz)

Celý článek zde

Nejen česká energetika se bude stále víc opírat o obnovitelné zdroje, jejichž výkon se neřídí poptávkou spotřebitelů, ale povětrnostními vlivy. A v takové síti je potřeba obrovská kapacita akumulace energie vyrobené ve chvíli, kdy byla k dispozici, ale kdy pro ni nebyl odběratel. A právě to by mohly zajistit inovativní české akumulátory He3da. Kam se ale poděly?

Zhruba patnáct let prezentuje vědec Jan Procházka na odborných konferencích inovativní lithiové akumulátory He3da. Sami jsme o nich několikrát psali. V roce 2016 je dokonce začal vyrábět, ale stále jde o malé série, ne masové nasazení v energetice. Pod roušku marketingových superlativů se pokusíme nahlédnout v rozhovoru s Markétou Zukalovou, specialistkou z oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského.

Když se řekne „akumulátor He3da“, někteří rozhodí rukama, protože si pamatují novinové titulky se slovy „podvod a krach“, zatímco jiní se spíš potutelně usmívají, protože po letech vítězného marketingu je stále víc oslavných prohlášení než fungujících akumulátorů. Jaký je váš pohled?
Mám pocit, že se možná trochu nešťastně vlivem takového „amerického marketingu“ s vaničkou vylilo i dítě. Záplava nadšených superlativů bez mráčku v českém prostředí tolik nefunguje. Bylo to příliš. Zároveň dnes platí, že lidé chtějí mít na vše jednoduchý názor – buď je to super, nebo hrůza. Ale takto to v reálném světě funguje málokdy.

Jak na tom tedy akumulátory He3da reálně jsou?
Nejprve si řekněme něco o akumulátorech Li-ion obecně, abychom se pak mohli soustředit na podstatné detaily. Základem akumulátoru je elektrochemický článek, v němž dochází k redoxní chemické přeměně materiálů elektrod. Tento proces zprostředkovávají uvnitř článku ionty elektrolytu. Jakmile je uzavřen vnější elektrický obvod, začne do něj elektroda, která se právě oxiduje, dodávat elektrony a obvodem začne protékat elektrický proud. Tyto elektrony se následně spotřebují na druhé elektrodě, která se právě redukuje, a tím se okruh uzavře.

Průběh elektrochemického procesu závisí na typu baterie, především na složení elektrod, respektive na materiálech, které tvoří povrch elektrod.

Specifickou teoretickou kapacitu materiálu vypočteme, vynásobíme-li počet vyměněných elektronů Faradayovou konstantou a výsledek vztáhneme na molární hmotnost daného materiálu. Materiál a jeho množství tedy určují výslednou kapacitu akumulátoru – žádná magie, prostě chemie.

Vedle kapacity akumulátoru je dalším klíčovým parametrem rychlost jeho nabíjení a vybíjení – a ta závisí na morfologii aktivního elektrodového materiálu, tedy velikosti jeho částic. Od ní se totiž odvíjí rychlost takzvané „difuze v tuhé fázi“. Aktivní část elektrod se totiž skládá z tuhých materiálů, do kterých pronikají ionty z elektrolytu.

Pohyblivost iontů v elektrolytu (tedy v kapalné fázi) je mnohem větší než jejich pohyblivost v materiálu elektrod (tedy v tuhé fázi). Ta je charakterizovaná veličinou nazvanou difuzní koeficient a udává se v centimetrech čtverečních za sekundu. Je to vlastně míra rychlosti, se kterou ionty postupují v materiálu elektrod.

Difuzní koeficient závisí z velké části na morfologii materiálu elektrod, to znamená na kvalitě krystalové struktury a na velikosti částic. Zhruba platí, že 10nm částice se nabíjí stokrát rychleji než 100nm částice. A zase – žádná magie, ale chemie a fyzika.

Platí tedy, že čím jemnější materiál, tím vyšší rychlost nabíjení?
Velmi zjednodušeně ano. Avšak umění je udělat nanomateriály s co největším povrchem, kterým mohou ionty snadno do částice difundovat, a současně s pravidelně vyvinutou strukturou, v níž mohou zůstat. To je úkol pro laboratorní přípravu materiálu – správně nastavit krystalovou strukturu a velikost částic.

Nestačí přitom mít maličké a dobře vyvinuté krystaly. Musí totiž být všechny stejně velké. Pokud by byly ve směsi malé i velké částice, jedny už budou nabité a druhé ještě ne, což může vést k přebíjení malých částic a následné degradaci akumulátoru a rychlému poklesu využitelné kapacity.

...