Elektrodový materiál vznikl na základě bohatých zkušeností týmu s takzvanou 2D chemií, tedy pochopením chemických pravidel dvojrozměrného světa ultratenkých uhlíkových nanomateriálů. Právě to je předmětem prvního ERC grantu Michala Otyepky, který získal v roce 2016. Na základě těchto znalostí vědci hledali nové, superfunkční materiály odvozené od grafenu pro konkrétní využití. V tomto případě zvolili jednoduchou metodu a v laboratorním měřítku připravili sírou funkcionalizovaný grafen, který podstoupili Evropskému patentovému úřadu.

"Tato jednoduchá metoda by mohla být velmi efektivní pro výrobu lithium-sirných baterií s vysokým výkonem, stabilitou i dlouhou životností. Tyto vlastnosti jsme prokázali v laboratorním měřítku. Jsem moc rád, že díky projektu ERC Proof of Concept budeme moci výrobní postup ještě vylepšit a materiál ověřit při průmyslovém testování v reálných zařízeních. Projekt vnímám i jako ocenění celého týmu, který se výzkumu v oblasti grafenových derivátů v CATRIN věnuje," uvedl Otyepka. Na jednoletý projekt získal dotaci 150 000 eur.

Lithium-sirné baterie (LSB) jsou podle něj jednou z možností, jak řešit rostoucí poptávku po energii v souvislosti s dynamickým rozvojem technologií a současně snížit závislost na toxických chemikáliích či surovinách, které zatěžují životní prostředí. Síra je ekologický, šetrný, dostupný a levný materiál, baterie s jejím využitím se navíc obejdou bez přítomnosti toxických kovů, jako je nikl či kobalt. Skutečnost, že LSB jsou dobíjecí, pomůže v dlouhodobém výhledu snížit množství elektronického odpadu.

Nevýhodou síry pro využití v lithiových bateriích však dosud byla její nízká vodivost a vylučování při opakovaném nabíjení/vybíjení, což vedlo k rychlému snížení kapacity baterií. Tato slabá místa museli výzkumníci odstranit. Nejprve z fluorografenu odstranili část atomů fluoru a na uvolněná místa pevnou vazbou navázali polysulfidy. Díky jejich vlastnostem bylo možné jednotlivé vrstvy vzájemně propojit.

Michal Otyepka

Sedmačtyřicetiletý vědec vystudoval obor fyzikální chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého. Věnuje se studiu struktury a vlastností nanomateriálů a biomakromolekul, stál mimo jiné u objevu fluorografenu. Je (spolu)autorem 300 vědeckých prací, které byly citovány více než 15 000krát. (H-index 63, podle WoS). Vedl devět grantových projektů jako hlavní řešitel a devět grantových projektů jako spoluřešitel. V roce 2016 získal ERC Consolidator grant "2D Chem" zaměřený na chemii fluorografenu. V letech 2020–2021 koordinoval ERC Proof of Concept projekt "UP2DChem" zaměřený na vývoj elektrodových materiálů pro superkondenzátory. Byl držitelem grantu Neuron Impuls, udělovaného Nadačním fondem Neuron.

"Mezi uhlíkovou páteří fluorografenu a sírou jsme vytvořili pevné vazby. Tím bráníme postupnému uvolňování síry při nabíjecích a vybíjecích cyklech. Materiál má vynikající výkon, vysokou kapacitu i velkou stabilitu. Pro praktické využití je příznivé i to, že vstupní surovina – běžně užívaný průmyslový lubrikant – je snadno dostupná," popsal vlastnosti jeden z jeho autorů Aristides Bakandritsos.

Cestu, jak dostat nový materiál z laboratoře do výrobní praxe, nehledají vědci z CATRIN poprvé. V roce 2020 Michal Otyepka získal rovněž grant ERC Proof of Concept, vůbec první pro Českou republiku. Jeho cílem bylo připravit a otestovat jeden z grafenových derivátů pro ukládání energie v jiných zařízeních – superkondenzátorech.

Granty Evropské výzkumné rady (ERC) jsou určené pro špičkové badatele napříč vědními obory. Program je otevřen pouze výzkumným pracovníkům, kteří jsou nebo byli v minulosti financováni ERC. Rada uděluje podporu individuálním řešitelům a jejich výzkumným týmům na základě hodnocení vědecké excelence návrhu projektu a řešitele. Cílem výzvy Proof of Concept je podpořit úspěšné řešitele grantů ERC v nejranější fázi komercializace výstupů jejich výzkumných aktivit. Granty jsou součástí programu EU pro výzkum a inovace Horizont Evropa.

Předsedkyně Evropské výzkumné rady Maria Leptin ocenila skutečnost, že výsledky hraničního, tedy vysoce kvalitního, primárně základního výzkumu, o němž se předpokládá, že bude hnací silou pokroku, jsou využitelné v praxi. "Jsem si jistá, že granty Proof of Concept vám pomohou prozkoumat inovační možnosti výsledků vašich projektů podporovaných Evropskou výzkumnou radou," napsala Otyepkovi.

V roce 2021 rada hodnotila 348 návrhů Proof of Concept. Uspělo 48 procent žadatelů, mezi něž se rozdělí 25 milionů eur. Nejvíce, 22 grantů, putuje do Spojeného království, následuje Itálie s 21 granty, žadatelé ze Španělska a Izraele získali po 18 grantech. Nové granty byly uděleny také například výzkumným pracovníkům působícím v Rakousku (7 grantů), Belgii (5), Dánsku (4), Německu (13), Nizozemsku (16), Francii (15) a dalších zemích.