Električtí úhoři inspirovali před dvěma stoletími výrobu první baterie a i nyní ukazují cestu k budoucím technologiím
Vzhledem k tomu, že celosvětová potřeba velkého množství přenosné energie roste stále rychleji, snaží se mnoho inovátorů nahradit současnou technologii baterií něčím lepším, uvádí web The Conversation.
Italský fyzik Alessandro Volta využil základní elektrochemické principy, když v roce 1800 vynalezl první baterii. V podstatě jde o to, že fyzikálním spojením dvou různých materiálů, obvykle kovů, vzniká chemická reakce, jejímž výsledkem je tok elektronů z jednoho materiálu do druhého. Tento proud elektronů představuje přenosnou energii, kterou lze využít k výrobě energie.
Prvními materiály, které lidé používali k výrobě baterií, byly měď a zinek. Dnešní nejlepší baterie – ty, které poskytují nejvyšší elektrický výkon při co nejmenších rozměrech – spojují kovové lithium s jednou z několika různých kovových sloučenin. V průběhu staletí docházelo k neustálému zdokonalování, ale moderní baterie se spoléhají na stejnou strategii jako Volta: spojit dohromady materiály, které mohou vyvolat elektrochemickou reakci a zachytit vzniklé elektrony.
Jak však popisuji ve své knize „Jiskra: Život elektřiny a elektřina života“, ještě předtím, než baterie vyrobené člověkem začaly vyrábět elektrický proud, byly elektrické ryby, jako například mořské torpédovité ryby (Torpedo torpedo) ze Středozemního moře a zejména různé sladkovodní elektrické druhy úhořů z Jižní Ameriky (řád Gymnotiformes), dobře známé tím, že produkují elektrický proud ohromujících rozměrů. Elektrické ryby ve skutečnosti inspirovaly Voltu k původnímu výzkumu, který nakonec vedl k jeho baterii, a dnešní vědci zabývající se bateriemi stále hledají nápady u těchto elektrizujících živočichů.
Před objevem Voltovy baterie spočíval jediný způsob, jakým lidé vyráběli elektřinu, v tření různých materiálů o sebe, typicky hedvábí o sklo, a v zachycování vzniklé statické elektřiny. To nebyl ani snadný, ani praktický způsob výroby užitečné elektrické energie.
Volta věděl, že elektrické ryby mají vnitřní orgán speciálně určený k výrobě elektřiny. Usoudil, že kdyby se mu podařilo napodobit jeho fungování, mohl by najít nový způsob výroby elektřiny.
Elektrický orgán ryby se skládá z dlouhých hromádek buněk, které velmi připomínají ruličku mincí. Volta proto vystřihl z plátů různých materiálů kotouče podobné mincím a začal je v různém pořadí skládat na sebe, aby zjistil, zda najde nějakou kombinaci, která bude vyrábět elektřinu. Tyto pokusy se skládáním na sebe stále přinášely negativní výsledky, dokud nezkusil párovat měděné kotouče se zinkovými a oddělovat naskládané dvojice papírovými kotouči navlhčenými slanou vodou.

Tato sekvence měď-zinek-papír náhodou vyráběla elektřinu a elektrický výkon byl úměrný výšce hromádky. Volta se domníval, že odhalil tajemství, jak úhoři vyrábějí elektřinu, a že vlastně vyrobil umělou verzi elektrického orgánu ryb, takže svůj objev zpočátku nazval „umělý elektrický orgán“. Tak tomu však nebylo.
Vědci dnes vědí, že elektrochemické reakce mezi různorodými materiály, které Volta objevil, nemají nic společného se způsobem, jakým elektrický úhoř generuje svou elektřinu. Úhoř spíše používá podobný přístup jako naše nervové buňky, které generují své elektrické signály, ale v mnohem větším měřítku.
Specializované buňky v elektrickém orgánu úhoře přečerpávají ionty přes polopropustnou membránovou bariéru a vytvářejí tak rozdíl elektrického náboje mezi vnitřní a vnější stranou membrány. Když se mikroskopické brány v membráně otevřou, rychlý tok iontů z jedné strany membrány na druhou vytváří elektrický proud. Úhoř je schopen otevřít všechny brány membrány najednou podle své vůle a vytvořit tak obrovský elektrický náraz, který cíleně vypustí na svou kořist.
Električtí úhoři svou kořist neusmrtí šokem, pouze ji před útokem elektricky omráčí. Úhoř může generovat stovky voltů elektřiny, ale úhořovo napětí nevyrobí dostatečný proud (ampér) po dostatečně dlouhou dobu, aby zabil. Každý elektrický impulz úhoře trvá jen několik tisícin sekundy a dodává méně než 1 ampér. To je pouhých 5 % proudu v domácnosti.
Funguje to podobně jako elektrické ohradníky, které dodávají velmi krátké impulsy vysokého napětí, ale s velmi nízkým proudem. Proto šokují, ale nezabíjejí medvědy nebo jiná zvířata, která se přes ně snaží dostat. Podobá se také moderní elektrošokové zbrani Taser, která funguje tak, že rychle vydává impulsy extrémně vysokého napětí (asi 50 000 voltů) s velmi nízkým proudem (jen několik miliampérů).
Moderní pokusy napodobit úhoře
Podobně jako Volta, i někteří moderní elektrotechnici, kteří se snaží transformovat technologii baterií, nacházejí inspiraci v elektrických úhořích.
Tým vědců ze Spojených států a Švýcarska v současné době pracuje na novém typu baterie inspirované úhoři. Předpokládají, že jejich měkká a ohebná baterie by jednou mohla být užitečná pro vnitřní napájení lékařských implantátů a měkkých robotů. Tým však přiznává, že je před nimi ještě dlouhá cesta. „Elektrické orgány úhořů jsou neuvěřitelně sofistikované, jsou mnohem lepší ve výrobě energie než my,“ lamentuje Michael Mayer, člen týmu z univerzity ve Fribourgu. Výzkum úhořů tedy pokračuje.
Zdroj: theconversation.com