Nápad starý přes 100 let všichni ignorovali, teď z něj vědci postavili baterii budoucnosti. Klíčem jsou protein a lidské kosti

Vědci oživili nikl-železnou baterii, jejíž princip sahá do roku 1899. Díky proteinům inspirovaným stavbou kostí z ní udělali hybrid, který se nabije za sekundy.

Zdroj fotografie: UCLA

Švédský vynálezce Waldemar Jungner podal 17. dubna 1899 patent na nikl-železný akumulátor. O pár let později koncept převzal Thomas Edison a celou dekádu ho vylepšoval s ambicí pohánět elektrické automobily. Jenže spalovací motory vyhrály, nikl-železná chemie skončila v průmyslových nikách a mainstream ji na víc než století odepsal. Teď ji tým kolem profesorů Rica Kanera a Mahera El-Kadyho z Kalifornské univerzity v Los Angeles přepracoval do nanoměřítka a klíčem k tomu je princip převzatý z lidských kostí. Nejde o to, že by baterie obsahovala kostní tkáň. Vědci napodobili způsob, jakým proteiny v kostech řídí ukládání minerálů do pevné, ale pružné struktury. Jako šablonu použili hovězí sérový albumin (protein z vedlejších produktů hovězí výroby) a jeho přirozeně složená trojrozměrná struktura „uvěznila“ atomy železa a niklu do clusterů menších než pět nanometrů. Výsledek? Superkapacitorově-bateriový hybrid, který se nabíjí a vybíjí v řádu sekund, přežije přes 12 000 cyklů a míří na solární farmy a datacentra. Ne do kapsy.

Proč Edisonovu baterii svět na sto let odložil

Edison svůj nikl-železný akumulátor cílil výslovně na elektrické automobily, jenže jeho články trpěly nabíjecí účinností kolem 50–60 procent, při nabíjení unikaly vodíkové plyny a vybíjecí schopnost zaostávala za konkurencí. Když se na počátku 20. století prosadily spalovací motory, zmizela i motivace tyto problémy řešit. Nikl-železná baterie přežila v železničních signalizacích, důlních lampách a záložních systémech, ale hlavní proud energetiky ji ignoroval. Lithium-iontové články, které dnes dominují telefonům i elektroautům, nabízejí zhruba 220 Wh/kg, tedy asi pětinásobek toho, co UCLA prototyp zatím dosahuje. Pro mobilní zařízení a elektromobily je tohle propastný rozdíl. Jenže pro stacionární úložiště, kde hmotnost nehraje roli a počítá se s životností a rychlostí odezvy, se karty rozdávají jinak.

Jak proteiny postavily elektrodu

Studie publikovaná 30. srpna 2025 v časopise Small popisuje elegantní postup. Hovězí sérový albumin má přirozeně záhyby a kapsy, které omezí růst kovových částic na subnanometrovou úroveň, podobně jako proteiny v kostní tkáni řídí ukládání vápníku do přesně organizované struktury. Vědci smíchali protein s roztoky solí železa a niklu a s grafenoxidem. Po tepelném zpracování se protein proměnil v uhlíkový rámec a vznikl hierarchicky porézní aerogel, který je z 99 procent tvořen vzduchem.

Praktický důsledek je obrovský dostupný povrch. Téměř každý atom železa nebo niklu se může zapojit do elektrochemické reakce, místo aby seděl uvnitř masivního kusu materiálu a nic nedělal. Záporná elektroda z železných subnanoclusterů a kladná z niklových subnanoclusterů dohromady tvoří zařízení, které UCLA klasifikuje jako superkapacitorově-bateriový hybrid.

Čísla z laboratoře:

• Měrná energie: 47 Wh/kg
• Měrný výkon: 18 kW/kg
• Životnost: přes 12 000 nabíjecích/vybíjecích cyklů
• Doba nabití/vybití: řádově sekundy

Pro srovnání: dnešní lithium-iontové články podle amerického ministerstva energetiky dosahují kolem 220 Wh/kg. V energii na kilogram UCLA prototyp výrazně zaostává. Ve výkonu a životnosti ho ale převyšuje způsobem, který dává smysl tam, kde baterie nemusí být lehká, ale musí být rychlá a mít dlouhou životnost.

Není to baterie do mobilu, ale možná do české fotovoltaiky

Tady je důležité oddělit laboratorní nadšení od reality. UCLA prototyp s 47 Wh/kg nemá šanci nahradit lithium v telefonu nebo elektroautu, na to je příliš těžký a objemný. Sami autoři studie přiznávají, že „tato iterace“ nedosahuje úložné kapacity dnešních lithiových článků.

Kde ale technologie dává smysl, je stacionární energetika. Solární farmy potřebují úložiště, které zvládne tisíce cyklů denního nabíjení a vybíjení bez výrazné degradace. Datacentra vyžadují zálohy s bleskovou odezvou. A domácí fotovoltaiky, u kterých je v Česku podle SolarPower Europe více než 90 procent nových instalací spojováno s bateriovým úložištěm, by časem mohly těžit z baterie, která vydrží dekády místo obvyklých deseti let.

Energetický regulační úřad popisuje akumulaci jako klíčový nástroj pro odložení spotřeby a stabilitu soustavy. Nikl-železný hybrid z UCLA přesně do tohoto rámce zapadá, pokud se dostane z laboratoře ven.

Co chybí k tomu, aby se z prototypu stal produkt

Studie je recenzovaná, parametry jsou konkrétní, ale mezi laboratorním článkem a komerčním výrobkem leží propast. UCLA nemá oznámeného výrobního partnera, neexistuje pilotní výroba ani certifikace. Tým sám přiznává, že dalším krokem je hledání levnějších a snáze škálovatelných náhrad za hovězí protein, například přírodních polymerů, které by šablonovou funkci zvládly bez závislosti na vedlejších produktech masného průmyslu.

Historicky navíc nikl-železné systémy brzdila nízká nabíjecí účinnost a vodíkové ztráty. Nanostruktura tyto problémy zmírňuje, ale zda je eliminuje v průmyslovém měřítku, zatím nikdo neověřil. Cena v korunách na kilowatthodinu? Nezveřejněná. Časový horizont pro trh? Neexistuje.

Podle nás je nejzajímavější na celém příběhu právě to, že nešlo o objev nové chemie, ale o změnu měřítka. Starou, dávno odepsanou technologii posunula do jiné ligy nanotechnologie, která před sto lety neexistovala. Jestli z toho jednou bude produkt, rozhodne ekonomika, ne fyzika, a ta zatím mlčí.