Akumulator, który przegrał z historią, celuje teraz w przyszłość
Są technologie, które nie tyle znikają, co zostają przykryte warstwami kolejnych mód, kompromisów i zwykłej ekonomii. Ich porażka nie wynika z tego, że były złe, a raczej z tego, że świat w tamtym momencie potrzebował czegoś innego. Dopiero z upływem lat, dekad, a nawet wieków wracamy do starych notatek, prototypów czy patentów. Czasem z czystej ciekawości, a czasem z desperacji, bo dzisiejsze problemy nie chcą się mieścić w rozwiązaniach, które przez lata uznawaliśmy za oczywiste.
Dokładnie tak wygląda powrót do pomysłu, który miał dać przewagę pierwszej fali elektromobilności, ale ostatecznie przegrał z gwałtownym rozwojem silnika spalinowego. Tyle tylko, że teraz nie chodzi już o to, by wygrać wyścig o zasięg samochodu. Bardziej o to, by okiełznać energię z farm słonecznych, odciążyć sieć i mieć magazyn, który będzie działał po kilku latach pracy. Tutaj właśnie zaczyna się historia, w której XIX-wieczna chemia spotyka się z białkami, grafenem i nanoklastrami metali.
Gdy elektryki były normalne, a benzyna dopiero się rozkręcała
Zanim samochód spalinowy stał się synonimem motoryzacji, elektryki miały swój bardzo realny moment dominacji. Amerykański Departament Energii przypomina, że około 1900 roku auta elektryczne stanowiły mniej więcej jedną trzecią pojazdów na drogach i nie było to niszowe hobby, a normalna część rynku. Problem w tym, że ówczesna technologia magazynowania energii była brutalnie ograniczająca. Magazyn energii sprowadzał się do akumulatora kwasowo-ołowiowego, którego fundament powstał jeszcze w 1859 roku dzięki Gastonowi Plante. Edison nie był jego wynalazcą, choć później mocno pchał alternatywy. W praktyce liczyła się cena, masa i zasięg, a te parametry długo nie chciały ze sobą współpracować.
Czytaj też: Niczym silnik rakietowy dla litu. Jak zapomniany kryształ może uratować rynek?
W interesujących nas dziś materiałach pojawia się bardzo konkretny obraz dawnych samochodów elektrycznych w postaci około 48 km zasięgu na jednym ładowaniu i przy bardzo wysokich kosztach. Edison miał uważać, że to ślepa uliczka, więc forsował akumulator niklowo-żelazowy (Ni-Fe) – z obietnicą około 160 km na jednym ładowaniu i z czasem uzupełnienia energii rzędu 7 godzin, co jak na początek XX wieku brzmiało niemal jak przełom. Tutaj jednak wchodzi najbardziej niewygodna prawda o akumulatorach, bo to sama chemia to za mało. Liczy się też infrastruktura, koszty, serwis, a nawet to, jak szybko cały ekosystem jest w stanie przyjąć nową technologię.
Elektryki miały ograniczenia, a silnik spalinowy w tym samym czasie dojrzewał w tempie, które rynek potrafił natychmiast spieniężyć. Obietnica Edisona nie przełożyła się więc na realną zmianę losów motoryzacji, bo ówczesne akumulatory wciąż miały poważne bariery, a spalinówki wygrały tempo i praktyczność. W dodatku Ni-Fe ma swoje klasyczne wady, które są nam dziś doskonale znane, wliczając w to wysoki samorozładunek, gorszą sprawność ładowania i rozładowania, a także słabszą pracę w niskich temperaturach. Do tego dochodzi problem reakcji ubocznych, wliczając w to wydzielanie wodoru, które obniża sprawność i komplikuje eksploatację w długim horyzoncie.
Co się zmieniło w 2026 roku? Technologia, której Edison nie miał
Nowy zwrot to nie nostalgiczne “odkurzenie” starego akumulatora, a próba przebudowania jego kluczowego elementu (elektrod) tak, by chemia niklu i żelaza zaczęła zachowywać się inaczej niż w klasycznej, masywnej formie. Zespół międzynarodowy współprowadzony przez UCLA opisał ciekawe urządzenie w czasopiśmie Small (DOI: 10.1002/smll.202507934). W komunikacie uczelni padają dwa hasła, które natychmiast rozpalają wyobraźnię: ładowanie w sekundach i ponad 12000 cykli pracy bez wyraźnej degradacji. Warto na chwilę zatrzymać się przy tej liczbie cykli, bo ona dobrze pokazuje, o jakiej klasie trwałości mówimy. Jeśli urządzenie wykona 12000 pełnych cykli raz dziennie, to daje około 32,9 roku działania, co w świecie magazynów energii jest poziomem, który zmienia rozmowę o kosztach utrzymania infrastruktury i harmonogramach wymian.
Czytaj też: Pierwszy taki pożar magazynu energii w historii. Wynik zaskoczył nawet inżynierów
Najciekawsze jest to, jak badacze doszli do tej struktury. Zainspirowali się bowiem procesami biologicznymi, a więc tym, jak organizmy budują kości albo muszle, używając białek jako rusztowania do odkładania materiału. UCLA opisuje, że w ich podejściu białka (pochodzące jako produkt uboczny przemysłu wołowego) działają jak szablony, które pilnują rozmiaru powstających klastrów metali. W praktyce mowa o zejściu do skali nanoklastrów i nawet pojedynczych atomów niklu oraz żelaza osadzonych w porowatej, przewodzącej matrycy węglowej. Wszystko to dzięki połączeniu albuminy surowicy bydlęcej, kompozytowania z tlenkiem grafenu i procesu pirolizy katalizowanej KOH, który osadza te zmniejszone klastry w hierarchicznie porowatym aerożelu węglowym.
Sens użycia grafenu i jego pochodnych sprowadza się do tego, że choć tlen w tlenku grafenu może pogarszać przewodzenie, to jego obróbka termiczna przekształca materiał, usuwa tlen i zostawia lekką, przewodzącą strukturę. Efekt końcowy ma formę aerożelu, który jest w ogromnej części powietrzem.
Ładowanie w ciągu sekund – czyli co dokładnie?
W samym artykule naukowym pada kluczowe sformułowanie: urządzenie zmontowano jako hybrydę superkondensator-akumulator To tłumaczy, skąd bierze się zdolność do bardzo szybkiego przyjmowania i oddawania energii, bo superkondensatory są z definicji projektowane pod moc i tempo reakcji, nie pod maksymalną pojemność. Autorzy podają energię właściwą na poziomie 47 Wh/kg i moc właściwą 18 kW/kg przy zachowaniu stabilności powyżej 12000 cykli. W skrócie? To ma sens jako element infrastruktury, który ma szybko reagować, buforować piki, wspierać stabilność sieci albo pracować w scenariuszach częstych cyklów ładowania i rozładowywania.
Czytaj też: Wsadzili HALS do perowskitowych ogniw słonecznych. Efekty są niebywałe
Jednocześnie UCLA uczciwie zaznacza ograniczenie, że ta konstrukcja nie dorównuje dzisiejszym akumulatorom litowo-jonowym pod względem możliwości magazynowania energii, więc nie jest to prosty kandydat do zastąpienia akumulatorów w samochodach. Jednocześnie magazyn energii dla OZE żyje w zupełnie innym świecie niż akumulator w aucie, bo w tym zastosowaniu gęstość energii bywa mniej istotna niż bezpieczeństwo, odporność na degradację i liczba cykli, które można zaliczyć bez znacznej degradacji. Dlatego naukowcy sugerują zastosowania stacjonarne swojego dzieła, bo przechowywanie nadwyżek z farm fotowoltaicznych w dzień i oddawanie ich do sieci wieczorem, a także szybkie przejęcie zasilania w razie awarii, np. w centrach danych.
Chociaż sam plan wydaje się dobry, to nadal trzeba odpowiedzieć na wiele pytań, a w tym to, jak zachowa się taka struktura przy skalowaniu do większych formatów, czy nie zacznie jej tłamsić realne ograniczenie termiczne, opór wewnętrzny lub same wymagania bezpieczeństwa. Wreszcie czy samo użycie białek jako wzorca będzie logistycznie wygodne, czy raczej okaże się etapem przejściowym? Sami badacze sygnalizują, że rozważają inne, bardziej dostępne naturalne polimery, co sugeruje, że droga do przemysłu nie jest jeszcze prostą linią.
Stare chemie, nowe architektury
Historia Ni-Fe jest dobrym przypomnieniem, że technologie rzadko umierają definitywnie. Częściej czekają na moment, w którym ktoś rozwiąże kluczowy problem, będący ograniczeniem nie do zaakceptowania. Edison patrzył na nikiel i żelazo jak na sposób, by wygrać wyścig o samochód. Dziś naukowcy patrzą z kolei na ten duet tak, jak na narzędzie do stabilizacji świata, w którym produkcja energii coraz częściej jest zmienna, rozproszona i zależna od pogody. Jednak samo to, czy ta technologia ją w skali przemysłowej, będzie już testem nie tylko nauki, ale całej inżynierii wdrożenia.