Merkitseekö litium-ioniakut syrjäyttävä paristotekniikka sähköautojen läpimurtoa?

Tohtori John Goodenoughin tutkijatiimi on kehittänyt Texasin yliopistossa uuden edullisen, kevyn ja turvallisen akkutekniikan, joka saattaa lopullisesti mullistaa autoteollisuuden ja siirtää polttomoottorin historiaan. Goodenough on aiemmin keksinyt litium-ioni -akkuratkaisun, jota nykyisin käytetään kaikissa älypuhelimissa ja useimmissa sähköautoissa.

Uuden paristoratkaisun syntyyn on vaikuttanut merkittävästi etenkin portugalilaisen professori Maria Helena Bragan tutkimustyö. Uusi paristo kiinteän aineen fysiikkaan perustuva räjähtämätön, paljon latauksia kestävä ja energiatiheydeltään kolme - kymmenen kertaa litium-ioni -akkuja tehokkaampi. Pariston valmistuksessa käytetään lasia elektrolyytteinä ja alkalimetallisia aineita anodeina. Tämä ei ole mahdollista perinteisissä paristoissa. Alkalimetallisena anodina voidaan käyttää litiumia, natriumia jakaliumia.

Parempien akkujen kehittämiseksi maailmalla on käynnissä kova kilpajuoksu. Sandia Labsin fyysikko Farid El Gabaly tutkimassa litium-rauta-fosfaatti pariston näytettä. Lisää aiheesta https://goo.gl/VGthgK

Parempien akkujen kehittämiseksi maailmalla on käynnissä kova kilpajuoksu. Sandia Labsin fyysikko Farid El Gabaly tutkimassa litium-rauta-fosfaatti pariston näytettä. Lisää aiheesta https://goo.gl/VGthgK

Natrium ja kalium ovat pariston aineena edullinen ratkaisu, sillä ne kuuluvat maapallon yleisimmin esiintyviin alkuaineisiin - tosin yhdisteinä. Natriumia löytyy tunnetusti joka kodista esimerkiksi maustehyllyltä ruokasuolapurkista (NaCl). Litium taas on aika harvinainen ja jatkuvasti kallistunut paristomateriaali johtuen sen kovasta kysynnästä elektroniikkateollisuudessa.

Uusien akkujen materiaalitekniset ratkaisut ovat optimaaliset myös kylmissä olosuhteissa. Akut toimivat hyvin vielä -20 asteessa. Kehittäjien mukaan uusi akku on ensimmäinen kiinteän olomuodon akku, joka toimii alle 60 celsius-asteessa. 

Uuden pariston tieteellinen perusta on kuvattu kansainvälisesti arvostetussa englantilaisessatiedelehdessä "Energy & Environmental Science" tämän vuoden ensimmäisessä numerossa, joka julkaistiin 9 joulukuuta 2016.

Keksintö saa tiedeyhteisöltä kritiikkiä, valmistuksessa isoja haasteita

Jotkut tutkijat ovat epäilleet, että uusi paristo ei kerta kaikkiaan voi toimia ja että tutkijaryhmän selostus uudesta tekniikasta ei selitä riittävästi, miten ratkaisu toimii. Jotkin tutkijat ovat jopa epäilleet keksintöä termodynamiikan lakien vastaiseksi ja rinnastaneet sen aikoinaan paljon kohua herättäneeseen kylmäfuusiokeksintöön. Näin esimerkiksi Dalhousie yliopiston johtava tutkija Jeff Dahn, joka tekee tutkimusyhteistyötä Teslan kanssa.

John Bannister Goodenough, 94, on iässä, jossa useimmat ovat jo vuosia aiemmin vetäytyneet viettämään rauhallisia eläkepäiviä. Hän jatkaa kuitenkin aktiivista tutkijantyötään. Edellisen merkittävän keksintönsä hän teki 57-vuotiaana vuonna 1980, jolloin hän keksi nykyisten litium-ioni akkujen hermojärjestelmän eli kobolttioksidikatodin. Nykyisin tuo tekniikka on levinnyt kaikkialle maailmaan ja kuuluu jokaisen litiumioni-akun tärkeimpiin osiin. Nämä akut taas kuuluvat lähes kaikkiin kannettaviin elektronisiin laitteisiin älypuhelimiin, kameroihin, tablet-tietokoneisiin, GPS-navigaattoreihin ja luonnollisesti sähköautoihin.

Texasin yliopiston tutkijaryhmä ja yliopisto itse uskovat kovasti uuden keksinnön toimivuuteen. Pariston teknologiaa lisensioidaan sen valmistuksesta kiinnostuneille yrityksille ja Goodenough itse arvelee uusien paristojen tulevan markkinoille jopa jo kahden vuoden kuluttua eli vuonna 2019.

Joidenkin asiantuntijoiden mukaan isoksi kompastuskiveksi saattaa muodostua valmistustekniikka, jos kaikki muu akussa toimisikin. Laajan mittakaavan taloudellisesti kannattavaa valmistustekniikkaa näin radikaalille kiinteän olomuodon akulle ei ole saatavissa vielä moneen vuoteen, puhutaan jopa 15 vuodesta.

Tuolloin lasipohjaiset akut saattavat lisäksi joutua kovaan kilpaan muoviakkujen kanssa, joiden valmistus on mahdollisesti helpompaa teollisessa mittakaavassa.

Jos nyt kävisi niin, että kaikki ei uuden Teksasissa kehitetyn akkutekniikan osalta menekään putkeen, tai menee täysin harhaan, on akkutekniikassa joka tapauksessa tällä hetkellä tapahtumassa paljon.  Aurinkosähkön ja tuulienergian yleistyminen ja uudet kestävät energiaratkaisut ajavat kehittämään erilaisia uusia varastointiratkaisuja. Teslan hankkeet ovat näistä tunnetuimpia, mutta monet muut suuryhtiöt kuten Mercedes-Benz ovat myös lähteneet tähän akkukilpailuun mukaan, kuten vuosi sitten raportoin.

Startup-yhtiö, Massaschusettsissa toimiva Ionic Materials julkisti tammikuussa kiinteän olomuodon polymeeriakun, jossa on paljon samoja hyviä ominaisuuksia kuin Goodenoughin ryhmän kehittämässä ratkaisussa. Myös Ionicin muovipohjaisen pariston sanotaan toimivan huoneen lämpötilassa.

Goodenough on ollut mukana myös muissa tietotekniikan suuriin askeleihin kuuluneissa kehityshankkeissa. Hän aloitti uransa 1950-luvun alussa MIT:n Lincoln laboratoriossa, jossa kehitettiin tietokoneiden ensimmäiset RAM- eli työmuistit.

Onko yritykselläsi painavaa kerrottavaa ja aika uudistaa yrityksesi verkkosivut? Näyttävän ja informatiivisen web-ratkaisun saat Hypermedia Oy:stä, kysy lisää!