Profesor Jürgen Janek, přední osobnost v oboru elektrochemie pevných látek na Univerzitě Justus Liebig Giessen, pojednává o minulosti, současnosti a budoucnosti skladování energie mimo lithium. Jeho práce podporovaná prestižním klastrem excelence Post-Lithium Storage (POLiS) je v popředí vývoje baterií nové generace.
Od historie k vysoké vodivosti: cesta k polovodičovým bateriím
Jankova cesta k tomuto oboru byla téměř náhodná. Zpočátku uvažoval o historii a nakonec si vybral chemii, řízenou zásadními mezerami ve stávajících znalostech. Vděčí raným mentorům se silným zázemím ve fyzice a materiálové vědě, stejně jako spolupráci s Alanem B. Lydiardem, za formování jeho pohledu na transport iontů v pevných látkách, což je téma historicky málo zastoupené ve standardních učebních osnovách chemie. Toto pochopení, že elektrochemie v pevné fázi v sobě spojuje fyziku, chemii a inženýrství, ho přivedlo do oboru, o kterém se domnívá, že bude rozhodující pro budoucí energetické technologie.
Průlom, který urychluje výzkum polovodičových baterií
Klíčovým zlomem byla zpráva Ryuichi Kanno z roku 2011 o vysoké iontové vodivosti lithia v sulfidové sloučenině Li10GeP2S12 (LGPS). Tento objev – vodivost lepší než u kapalných elektrolytů – spustil rychlý pokrok v koncepcích polovodičových baterií. Janek poznamenává, že tento průlom vyvolal intenzivní globální soutěž o nové pevné elektrolyty, závod, který pokračuje dodnes. Rozvíjející se výzkum naznačuje, že ještě vyšší úrovně vodivosti lze dosáhnout pomocí pevných elektrolytů na bázi sodíku, což potenciálně umožňuje stabilnější a výkonnější baterie.
POLIS: financování budoucnosti skladování energie
Hlavním hnacím motorem tohoto výzkumu je klastr POLiS, který společně řídí Univerzita v Ulmu, Technologický institut v Karlsruhe a Univerzita Justus Liebig v Giessenu. S obnoveným sedmiletým obdobím financování začínajícím v roce 2026 je cílem programu prozkoumat možnosti skladování energie mimo lithium, včetně systémů na bázi sodíku, draslíku, hořčíku, vápníku, hliníku a dokonce i na aniontech. Zatímco lithiové baterie zůstanou relevantní, POLiS se snaží diverzifikovat úložné technologie, aby se snížila závislost na jediném článku a zvýšila se odolnost vůči geopolitickým otřesům.
Nedávné pokroky: Zobrazování kovových anod a vysoce vodivých elektrolytů na bázi hořčíku
Jankova skupina významně přispívá k POLiS prostřednictvím hloubkových studií konceptů pevných látek, mezifázových reakcí a přenosu náboje. Nedávná práce vedená doktorandy Tillem Ortmannem a Tillem Fuchsem pokročila v mikroskopickém zobrazování sodíkových a lithiových kovových anod pomocí difrakce zpětného rozptylu elektronů, což otevírá nové možnosti pro návrh anod. Výzkum Clarissy Glaser také přinesl slibné výsledky, syntetizuje pevné elektrolyty na bázi hořčíkových iontů s vodivostí až 0,1 mS/cm – krok směrem k životaschopným hořčíkovým iontovým bateriím.
Klíčová role recyklace
Program uznává, že o udržitelném rozvoji nelze vyjednávat. Janek zdůrazňuje, že recyklaci je třeba začlenit do návrhu nových materiálů a koncepcí buněk od samého začátku, a zajistit tak cirkularitu těchto technologií.
Beyond Lithium: Předvídání příští technologie gigawattových baterií
Zatímco budoucnost je těžké předvídat, Janek předpovídá, že sodno-iontové baterie se po olovu, lithiu a sodíku stanou další široce používanou technologií. Zda jiné chemikálie „mimo lithium“, jako je draslík, hořčík nebo hliník dosáhnou gigawattového měřítka, závisí na jejich produktivitě a ekonomické proveditelnosti. POLiS tyto možnosti aktivně zkoumá a doufá, že se jedna z nich stane praktickým řešením ve velkém měřítku.
Zlepšení vědecké komunikace
Janek věří, že vědecká komunikace se musí časem vyvíjet. Je zastáncem publikování s otevřeným přístupem s přísnou kontrolou kvality a vyzývá k aktivnější diskusi o publikovaném výzkumu, dokonce navrhuje možnost upravit nebo zlepšit práci po publikaci – koncept, který odráží dynamickou povahu moderní vědy.
Závěrem lze říci, že práce profesora Janka a pokračující výzkum POLIS představují zásadní úsilí o diverzifikaci a zlepšení technologií skladování energie. Zaměřením se na materiály nad rámec lithia a upřednostněním udržitelnosti by tento výzkum mohl změnit budoucnost výroby a spotřeby energie.
