Zlatá medaile za akumulátorovou revoluci. Nobelova komise v oblasti chemie ocenila vědce za vývoj lithiových baterií

Témata výzkumu, za které se udělují Nobelovy ceny, bývají pro laiky často poněkud odtažitá, letošní medaile za chemii ale rozhodně není ten případ. John Goodenough, Stanley Whittingham a Akira Yoshino si odnesou ze Stockholmu zlato za přínos vývoji lithiových akumulátorů.

Máloco změnilo svět poslední doby tak jako nabíjecí lithiové články. Díky nízké hmotnosti a vysoké hustotě energie překonávající všechny dosavadní typy akumulátorů máme mobily, notebooky nezávislé na elektrické síti a celou řadu dalších mobilních zařízení. Umožnily ale také rozvoj elektromobilů, dronů a elektromobility vůbec. Očekává se od nich, že budou uskladňovat přebytky energie z alternativních zdrojů, což je klíčovou podmínkou pro vznik energetiky s minimálním podílem fosilních zdrojů. Když tedy zdůvodnění ocenění mimo jiné zní "za největší přínos pro lidstvo", vůbec nepřehání.  

Že je lithium nadějný materiál pro sestavení elektrického článku, se vědělo už dávno, protože v takzvané Beketově řadě kovů stojí nejvýš. Laicky řečeno: anoda z něj vyrobená dá v kombinaci s katodami z jiných kovů nejvyšší napětí. Prakticky už ale tak výhodné nebylo, protože jde o vysoce reaktivní materiál, jehož výroba, skladování i manipulace s ním jsou velmi náročné. Čisté lithium je problematické i z hlediska požární bezpečnosti, protože v přítomnosti kyslíku, vody nebo jen vlhkosti vzplane. A tak lithiové články dlouho zůstávaly stranou pozornosti vědců i konstruktérů.

Větší zájem o využití lithia při skladování elektrické energie vyvolala až energetická krize v 70. letech minulého století. Energetika méně závislá na fosilních palivech potřebovala výkonnější akumulátory, proto začala vývojová pracoviště experimentovat s různými konfiguracemi lithiových článků. Šlo především o snahu zvýšit bezpečnost i výkon článků kombinací lithia v anodě s dalšími materiály a o hledání katod a elektrolytů poskytujících nejvyšší energetickou hustotu.

Britsko-americký vědec Stanley Whittingham (* 1941) je dnes profesorem chemie na Binghamton University a šéfem Institute for Material Research. V 70. letech ale pracoval pro těžařskou společnost Exxon. Ta se tehdy rozhodla investovat velké prostředky do technologií, které by se obešly bez fosilních paliv, a proto angažovala několik vynikajících vědců, jimž dala zcela volnou ruku zabývat se vším, co se obejde bez ropy. Whittingham tu původně zkoumal supravodivost a v této souvislosti narazil na kombinaci tantalu se sírou. Ukázalo se, že jde o skvělý materiál pro výrobu katod lithiových článků, stačilo jen tantal nahradit dostupnějším lithiem. Články však měly tendenci při zkratu explodovat, Wittingham proto lithium v anodě doplnil o hliník. Tak vznikl první prakticky využitelný lithiový akumulátor.

Whittinghamův článek dával napětí okolo dvou voltů, do věci se ale vložil Američan narozený v Německu John Goodenough, který tehdy v Lincoln Laboratory patřící slavnému MIT hledal zdroje energie pro U.S. Air Force. Nahradil sloučeniny síry v katodě oxidy kovů – a napětí článku se zdvojnásobilo.

Vývoj komerčně použitelného akumulátoru pak dovršil Japonec Akira Yoshino ze společnosti Asahi, když vytvořil anodu kombinující lithium s uhlíkem, konkrétně s ropným koksem, což je vedlejší produkt petrolejářského průmyslu. Vytvořil tak první li-ion akumulátor s velkou životností a možností vydržet stovky nabíjecích cyklů, který je dnes klíčovým prvkem mobilní elektroniky.