Tarvitaan litiumia, natriumia, rautaa ja kobolttia.
Niitä löytyy tulevaisuuden akusta, jonka turvin sähkölentokoneella voi lentää tulevaisuudessa useita satoja kilometrejä, tai sähköautolla ajaa jopa tuhat kilometriä ilman ylimääräisiä lataustaukoja.
Tutkijoiden laboratorioissa ympäri maailmaa muhii mullistus, joka tekee mahdolliseksi nykyisten nestemäisten litiumioniakkujen korvaamisen kiinteän olomuodon solid state -akuilla autoissa, kännyköissä, tietokoneissa – melkein kaikkialla, missä ylipäätään käytetään akkuja.
Uuden sukupolven akut ovat edellytys ilmastotavoitteiden saavuttamisessa, koska liikenteen sähköistyminen sekä tuuli- ja aurinkosähkön tuotannon kasvu edellyttävät parempaa kykyä varastoida sähköä.
– Nämä tulevat nykyisten litiumioniakkujen rinnalle sovelluksiin, joissa tarvitaan korkeampaa energiatiheyttä. Tämä mahdollistaa haastavienkin sovellusten sähköistäminen, sanoo johtava tutkija Marja Vilkman Teknologian tutkimuskeskus VTT:ltä.
Vilkman uskoo, että kiinteän olomuodon akut ovat ratkaisu ilmailuteollisuuden haasteeseen kehittää sähkökäyttöisiä lentokoneita.
Uudet akut ovat myös litiumioniakkuja turvallisempia, koska niissä ei ole syttyvää liuotinta. Niitä on siis vaikea saada syttymään.
Kiinteän olomuodon akku eroaa monella tavalla nykyisistä litiumioniakuista.
Merkittävintä on, että kiinteän olomuodon akkuun tarvitaan vähemmän harvinaista maametallia kobolttia, jonka saatavuus ja ympäristövaikutukset herättävät yhä enemmän huolta.
– On jopa sellaisia akkuja, missä ei ole lainkaan kobolttia. Mutta jos halutaan korkea energiatiheys, niin silloin vielä käytetään kobolttia, mutta sen määrää on vähennetty paljon, sanoo Marja Vilkman.
Uusien akkujen sarjatuotanto alkanee laajemmin 2030-luvun alkupuolella, vaikka osa akkuvalmistajista on kertonut niillä olevan valmius aloittaa tuotanto jo vuonna 2027.
Sähköautoihin edullisia akkuja
Erityisesti autoteollisuus on innoissaan tuotantoon lähivuosina ehtivästä uudesta akkutyypistä. Autonvalmistajat panostavat miljardeja euroja alan tutkimukseen.
Autonvalmistajista Toyota on kertonut aloittavansa kiinteän olomuodon akkujen massatuotannon vuoteen 2027 mennessä, Nissan aikoo seurata perässä vuotta myöhemmin ja Honda vuosikymmenen vaihteeseen mennessä.
Euroopassa Volkswagen-konsernin lisäksi suuria panostuksia akkuihin tekevät esimerkiksi Mercedes-Benz ja Stellantis.
– Uudet akut eivät tule täysin korvaamaan nykyisiä litiumioniakkuja, vaan ne tulevat niiden rinnalle sovelluksiin, mihin tarvitaan nimenomaan korkeampaa energiatiheyttä.
Mutta tutkimusta tarvitaan vielä paljon, ennen kuin sarjatuotanto voi alkaa.
Kiinteän elektrolyytin akut ovat nimittäin painavia. Se nostaa tuntuvasti esimerkiksi sähköautojen omapainoa.
Toisaalta nykyisen kantaman saavuttamiseksi riittää pienempikin akku, joten ongelma ei ole ratkaisematon.
Paperitehtailla valmistetaan pian puuakkuja
Suomessa kehitetään myös toista akkutyyppiä, jonka raaka-aineista osa voi tulla metsäteollisuudesta.
Natriumioniakuissa, eli suola-akuissa, hyödynnetään sellunvalmistuksen sivutuotteena syntyviä raaka-aineita. VTT on mukana kehittämässä ligniinistä hiilimateriaaleja, joita käyteteään energian varastoimiseen.
– Esimerkiksi akuissa tarvittava biohiili voi olla puupohjainen ja ligniinistä tehty, jatkaa Vilkman.
Valmistuksessa käytettävää natriumia on puolestaan tarjolla yllinkyllin luonnossa, sillä sitä saadaan vaikkapa merivedestä uuttamalla.
Vilkman uskoo, että metsäteollisuudella on tärkeä rooli biopohjaisten akkujen valmistuksessa, kun niiden kaupallinen tuotanto alkaa vuosikymmenen vaihteeseen mennessä.
– Paperiteollisuudessa on kehitetty mittamenetelmiä, joilla saadaan tehtyä tasalaatuisia kalvoja, mitä käytetään päällystämisessä. Sitä osaamista voi hyvin hyödyntää akkuteollisuudessa.
Suola-akkujen energiatiheys on kuitenkin heikompi kuin sähköautoissa nykyisin käytettävien litiumioniakkujen.
Natriumioniakkujen ennakoidaankin yleistyvän suurissa akkuvarastoissa, koska ne ovat edullisia ja vähemmän ympäristöä kuormittavia.
VTT:n arvion mukaan Suomella on edellytys toimia Euroopan johtavana puupohjaisten energiavarastojen kehittäjä, kun tuuli- ja aurinkoenergian tuotannon lisääntymisen myötä tarve energiavarastoinnille kasvaa Euroopassa nopeasti.
Samalla se tarjoaa mahdollisuuden vähentää riippuvuutta Kiinassa tuotetuista kaivosmateriaaleista.
