Julkaistu: 2021-11-25 Lukemisaika: 4 min
EnergiatekniikkaSähköautotAkut

Akkuteknologian ennätysnopean kehityksen syyt

Lataa PDF-tiedosto

Poliittiset päätökset, kehittyneempi tekniikka, alentuneet hinnat ja ympäristötietoisuus ovat johtaneet akkujen erittäin nopeaan kehitykseen viimeisen kymmenen vuoden aikana. Swerimin tutkimuslaitoksen vanhempi tutkija Guozhu Ye valottaa, mitkä asiat ovat vauhdittaneet muutosta ja miltä akkujen tulevaisuus näyttää.

- Kymmenen, viisitoista vuotta sitten kävin erään maailman ensimmäisten litiumioniakkujen kierrätyssulattamojen avajaisissa Hobokenissa, Belgiassa, ja noina aikoina aloitin myös työskentelyn akkujen parissa. Akkujen kierrätys oli tuohon aikaan vielä hyvin vähäistä, ja litiumioniakut olivat kuusi, seitsemän kertaa kalliimpia kuin nykyään, Guozhu Ye sanoo.

Pariisin sopimus ja EU:n vaatimukset hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ovat vauhdittaneet kehitystä.

Hän työskentelee akkujen kierrätyksen parissa Swerimin metallintutkimuslaitoksessa, jonka pitkän aikavälin tavoitteena on tehdä teollisuudesta fossiilivapaata ja kiertotaloutta edistävää. Guozhu Ye on seurannut tiiviisti akkujen kehittymistä nopeista ja ympäristölle joskus varsin vaarallisista kulutustuotteista huomattavasti kestävämmiksi energialähteiksi. Kehitys on suurelta osin seurausta poliittisista päätöksistä.

- Avajaisten jälkeen on tapahtunut paljon. Pariisin sopimus ja EU:n vaatimukset hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi ovat vauhdittaneet kehitystä. Jos haluamme vähentää päästöjä 80 prosentilla vuoteen 2050 mennessä verrattuna vuoden 1990 tasoon, kaikkien sektoreiden on osallistuttava työhön. Se on ainoa keino.

Kehitysvauhti kiihtyy

elbil_1200

Poliittisten vaatimusten ja ympäristötietoisuuden kasvun seurauksena akut ovat kehittyneet viimeisen kymmenen vuoden aikana enemmän kuin edellisen sadan vuoden aikana, hieman kärjistäen ilmaistuna. Akkuja ja sähkömoottoreita on käytetty yli sadan vuoden ajan, mutta vasta viimeisen kymmenen vuoden aikana ne ovat tehneet suuremman läpimurron ajoneuvojen energianvarastoinnissa. Energiatiheys eli energiasisällön määrä painoyksikköä kohti kasvaa jatkuvasti.

Ympäristö- ja ilmastotekijöiden lisäksi tuotantokustannukset ovat pienentyneet huomattavasti, mikä johtuu suurelta osin siitä, että kallis koboltti on pystytty korvaamaan paljon halvemmilla ja helpommin saatavilla olevilla metalleilla, kuten nikkelillä ja mangaanilla.

Sähköauton akun osuus on jopa 50 prosenttia sähköauton hinnasta. Jos akun hintaa voitaisiin laskea, vaikutus olisi merkittävä.

Akkukenno koostuu muun muassa positiivisesta elektrodista, eli katodista ja negatiivisesta elektrodista, eli anodista. Katodeissa käytetään kobolttia, jota esiintyy itse asiassa vain hyvin pienellä alueella Kongo-Kinshasassa ja sen ympäristössä.

- Viimeisen kymmenen vuoden aikana akkumateriaalien kehittämisessä on edistytty suurin harppauksin, etenkin mitä tulee koboltin korvaamiseen. Katodien, jotka muodostavat lähes 50 prosenttia akun kustannuksista, hinnat ovat laskeneet. Esimerkiksi sähköauton akun osuus on jopa 50 prosenttia sähköauton hinnasta. Jos akun hintaa voitaisiin laskea, vaikutus olisi merkittävä.

Materiaalien nopea kehitys

Toinen alue, jolla tehdään paljon tutkimusta, on akkujen turvallisuus. Sähköautojen akut ovat tässä tärkeässä roolissa. Akkujen elektrolyytit ovat toistaiseksi nestemäisiä, joten ne voivat haihtua liian korkeissa lämpötiloissa ja kehittyä syttyväksi kaasuksi.

Materiaalien kehitys on yhä nopeampaa ja kierrätys tehostuu.

northvolt_Esimerkiksi törmäyksen yhteydessä voi vapautua happea, jonka seurauksena voi syttyä tulipaloja. Aihetta tutkitaan nykyään laajalti, ja tutkimuslaitoksissa kehitetään valmistusmenetelmiä nestemäisten elektrolyyttien korvaamiseksi kiinteällä aineella.

Vaikka suuria muutoksia on tapahtunut vain muutamassa kymmenessä vuodessa, Guozhu Ye uskoo, että tilaa on useille innovatiivisille ratkaisuille. Olemme toistaiseksi vasta akkukehityksen alussa.

– Materiaalien kehitys on yhä nopeampaa ja kierrätys tehostuu. Sitä tarvitaan. Jos meillä on pian vain sähköautoja, tarvitsemme mahdollisimman paljon materiaalia, kuten kobolttia ja litiumia.

Litiumioniakut
Litiumioniakut ovat ladattavia, ja elektrodeissa on erilaisia litiumyhdisteitä. Akkujen ominaisuudet vaihtelevat sen mukaan, miten ne on suunniteltu ja mitä elektrodimateriaalia käytetään. Joitakin esimerkkejä litiumioniakkujen erilaisista katodimateriaaleista ovat litium/mangaanidioksidi/koboltti, litium/rautafosfaatti ja litium/kobolttioksidi Eri ajoneuvovalmistajat käyttävät erilaisia litiumioniakkuja.

Lue lisää uudesta akkutekniikasta:
Boliden ja Vattenfall testaavat älykästä akkuvarastoa 

Lataa artikkeli PDF:nä

Haluatko tallentaa tai tulostaa artikkelin? Lataa artikkeli alla olevasta painikkeesta, niin saat sen suoraan sähköpostiisi.