Milostný trojuholník – mobilita, fyzika a politika - zpět na článek

Problém se jmenuje „energetická hustota“ a dobře to popsal pan Kubáč už před několika lety v několika svých článcích. Protože se to zjevně k mnoha lidem nedoneslo, dovolím si ho citovat (jen zkráceně):
Paradoxně spalování benzínu (vodíku, nafty, uhlí, buthanolu, řepkového oleje, dřeva, PET flašek, milenčiny paruky….) je z chemického hlediska daleko podobnější chemii baterie, než by si Euro-blbouni mohli myslet. Obojí jsou oxidačně – redukční reakce. V případě hoření benzínu se jedná o jednosměrnou oxidaci uhlovodíkového skeletu molekul vzdušným kyslíkem, který přijímá odštěpené elektrony za vzniku CO2 a H2O. U baterií se jedná o vratnou oxidaci „nějaké sloučeniny“ – odnětím elektronů ze záporné elektrody, které pak procházejí elektrickým obvodem a skončí redukcí materiálu kladné elektrody. Naopak nabíjení je „redukce“ materiálu záporné elektrody a oxidace kladné elektrody elektrony z nabíječky.
Tím se dostáváme k jádru pudla – v „olověnce“ se mění PbO2 na PbSO4 a zpět, přitom se přesouvají 2 elektrony. Přitom PbSO4 má molekulovou hmotnost 303 (= 303 protonů a neutronů neboli gramů na mol). Hrubě zjednodušeně to znamená že do kila aktivní hmoty elektrod se vejde maximálně 2 elektrony * 1000 gramů / 303 gramů na mol = 6,6 molů elektronů. Když spálíme nějaký uhlovodík – pro jednoduchost vezměme třeba methan – CH4, který má molekulovou hmotnost 16 na 2x H2O + CO2 – vymění si svá místa celkem 4 elektronové páry. Což znamená že do kila paliva se vejde 8 * 1000 / 16 = 500 mol elektronů. Hrubě nepřesně je rozdíl „energetické hustoty“ 500 : 6,6 neboli 75 : 1 ve prospěch methanu.
Pokud chtěli konstruktéři akumulátorů zlepšit účinnost a „hmotnostní hustotu“ energie v akumulátoru, museli něco dělat s velikou molekulovou hmotností olova a jeho solí. Takže teď je vám jistě jasné proč vývoj šel směrem k „lehkým kovům“ cestou Olovo -> NiCd -> NiMH -> Li-Ion. Olovo má 82 protonů a molekulovou hmotnost 272. Lithium má 3 protony a molekulovou hmotnost 6,9. Touto úvahou – pokud budeme (hrubě nepřesně) předpokládat, olovo při hmotnosti 272 g/mol (303 u celého síranu) zadržuje 2 elektrony zatímco Lithium s hmotností 7 zadržuje 1 elektron. Li-Ion akumulátory by teoreticky měly být 20x kapacitnější než „Olověnka“ a měly by se svou energetickou hustotou blížit spalování kapalných uhlovodíků ne?
Bohužel ne – olovo můžete o vánocích roztavit a lít do vody. Lithium – to by byl jiný bengál. Lithium na vzduchu prudce reaguje s kyslíkem za vzniku Li2O a s vodou stejně prudce (explozivně) reaguje za vzniku LiOH. Proto vás se Samsungem Galaxy Note 7 ani
nepustí do letadla a problémy s hořícími lithiovými baterkami u různých zařízení jsou na denním pořádku. Proto máme tuto volbu: buď bude baterka energeticky vysoce efektivní, tím budou sloučeniny v ní potenciálně nestabilní a nebezpečné, třeba chlorečnan lithný,
LiClO3, který bouchá ještě ochotněji než jeho draselný bratranec používaný v ohňostrojích, nebo bude v baterce nějaká bezpečná sůl typu LiFePO4, která ale má molekulovou hmotnost 155 – čímž se blíží k PbS04 z olověných akumulátorů.
Tedy zopakujeme na plnou hubu, co bylo naznačeno : čím více se molekulová hmotnost „nějaké molekuly“, která drží elektrony v baterce blíží molekulové hmotnosti hořících uhlovodíků – tím více se i průběh vybíjení a nabíjení takového akumulátoru chemicky blíží
hoření – se všemi výhodami a riziky z toho vyplývajícími !
Teoreticky ještě lepší než Lithiové akumulátory by byly vodíkové články, ale to bychom se dostali téměř tam, kam jsme se dostat nechtěli s vodíkovým motorem. Problém tedy není v „technických detailech“ ale v principu. Pokud chcete do nějaké hmoty uložit spoustu energie, tak aby se zase dala snadno uvolnit – musíte počítat s tím, že tato energie se může snadno uvolnit i jindy než chce uživatel = výbuch + požár! Což mě vede k odkazu na věšteckou scénu z filmu Terminátor 3 – která to vysvětluje naprosto lapidárně a fyzikálně správně. Šťouralové budou namítat že Arnold tam předvádí nějaký futuristický „fúzní článek“ – Kubáč ovšem namítá, že mnoho energie stěsnané v malém prostoru je „granát“ bez ohledu na fyzikálně-chemickou podstatu uložení této energie. I péro v autíčku na klíček vám při přetažení může vystřelit oko. Proto berte za fakt, že riziko výbuchů vysokokapacitních baterií už nikdy neklesne a
budeme rádi, když poroste pomaleji než jejich kapacita. Nebo jiným pohledem – dnes jsou akumulátory minimálně 20x energeticky „řidší“ než kapalná paliva, přesto už jsou poněkud nebezpečné. Až se jim v energetické hustotě vyrovnají, což umožní „pohodlnou“ konstrukci elektromobilu bez kompromisů – budou „nehody“ s nimi vypadat téměř jako video s Terminátorem.
Mimochodem chybí obvyklé srovnání jaké baterky používá matička příroda – její elektronový přenašeč se jmenuje FAD – „flavinadenin-dinukleotid“. Přenáší 2 elektrony, syntezuje se z riboflavinu (vitaminu B2) a váží ……… 785 g/mol – skoro 3x těžší než síran olovnatý v olověnce – zase se inženýři (chemici?) mohou poplácat po ramenou, že jsou lepší – až na to, že celá molekula je jenom z COHN – uhlíku, kyslíku, vodíku a dusíku (žádné jedovaté olovo a výbušné lithium). Navíc je tato molekula totálně bezpečná (4 miliardy let bez výbuchu) a navíc slouží skutečně jenom jako přenašeč elektronů – nikoliv jako jejich sklad.
Je to totálně jasné ?

Konec citace.
Tak je vám to jasné? Mohlo by být, pochopil jsem to zhruba i já se svým mizerným technickým vzděláním, takže by to neměl být problém. Ten je, jako obvykle, v těch zasraných přírodních zákonech.
Bohužel, není si kde stěžovat.