Kiinteäelektrolyyttinen akku – sähköautojen lopullinen läpimurto?
Viime vuosina akkuteknologia on ollut pinnalla puhuttaessa sähköisestä liikenteestä sekä ilmastotavoitteista. Perinteiset nestemäiset litiumioniakut ovat tuoneet meidät jo pitkälle, mutta niihin liittyy edelleen rajoitteita, joihin ei enää löydy huomattavia parannuksia. Rajoitteita ovat esim. pienet energiatiheydet, suhteellisen lyhyt käyttöikä sekä turvallisuusriskit. Näihin ongelmiin kiinteäelektrolyyttinen akku, eli solid-state-akku (SSB-akku) voi tuoda ratkaisuja. Kyseinen akkuteknologia on kerännyt suurta huomiota viime vuosina autoteollisuuden sekä kuluttajien keskuudessa.
Nimensä mukaisesti solid-state-akussa elektrolyytti on kiinteä, kun perinteisissä sähköautojen litiumioniakuissa elektrolyytti on nestemäinen. Tämä rakenteellinen muutos ei ole pelkkä tekninen yksityiskohta, vaan se mahdollistaa merkittäviä harppauksia akun suorituskyvyssä, turvallisuudessa ja elinkaaressa. Miksi kaikki eivät kuitenkaan vielä aja sähköautoilla, joissa on solid-state-akku? Vastaus piilee niin teknisissä, kuin taloudellisissakin realiteeteissa.
Mikä tekee solid-state-akusta niin kiinnostavan?
Ensimmäinen ja usein mainittu etu on korkea energiatiheys. Korkeita energiatiheyksiä saadaan aikaan mm. uusilla materiaaleilla elektrodeissa ja elektrolyytissä. Lisäksi yksinkertaisen rakenteen ansiosta voidaan varastoida enemmän energiaa pienemmässä tilassa. Kiinteän systeemin tuomien parannusten ansiosta voidaan puhua jo 1000–1500 kilometrin toimintamatkoista yhdellä latauksella. Lisäksi nämä akut kestävät enemmän lataus- sekä purkaussyklejä, mikä pidentää akun käyttöikää ja vähentää sen elinkaarikustannuksia.
Kiinteän systeemin tuomien parannusten ansiosta voidaan puhua jo 1000–1500 kilometrin toimintamatkoista yhdellä latauksella
Toinen keskeinen etu on turvallisuus. Kiinteä elektrolyytti ei ole syttyvää materiaalia, niin kuin perinteisten akkujen nestemäinen elektrolyytti. Kiinteä materiaali vähentää merkittävästi lämpökarkaamisriskiä sekä palovaaraa. Tällainen etu turvallisuuden kannalta tekee teknologiasta houkuttelevan autoteollisuudessa, mutta lisäksi myös sähköisen ilmailun kannalta, missä turvallisuus on ehkä tärkein prioriteetti.
Solid-state-akkujen laajempi merkitys – valmistus, työelämä ja kierrätys
Vaikka solid-state-akkuja kehitetään suorituskyvyn parantamiseksi, niin niiden käyttöönotto toisi vaikutuksia myös yhteiskuntaan ja työelämään. Akun rakenteen ja materiaalien muutos tarkoittaa uutta osaamista valmistuksessa, tutkimuksessa ja erityisesti kierrätyksessä. Solid-state-akkujen yleistyessä syntyy tarve uusille materiaalitekniikan asiantuntijoille, kierrätysprosessien kehittäjille ja tuotannon ammattilaisille.
EU:n akkusääntely tiukkenee lähivuosina ja ohjaa investointeja kohti kestävämpää ja uusiokäytettävämpää akkuteknologiaa. Vuoteen 2035 mennessä esimerkiksi odotetaan merkittävää kasvua akkukierrätysmarkkinoilla. Tämä tarkoittaa, että solid-state-akkujen yleistyminen ei pelkästään paranna sähköautoja, vaan luo myös uusia työpaikkoja.
Kehitystä hidastavat haasteet
Monet autonvalmistajat, kuten Toyota, Mercedes-Benz, Volkswagen ja BYD, panostavat solid-state-akkujen kehitystyöhön miljardeja dollareita. Moni autovalmistaja tekee kehitystä jonkin akkuteknologiayrityksen kanssa ja vain harva, kuten esim. Toyota ja BYD pystyvät kehitykseen täysin itsenäisesti. Teknologia lupaa parempaa energiatiheyttä, turvallisuutta ja käyttöikää, mutta sen laajamittaista käyttöönottoa rajoittaa vielä merkittäviä haasteita. Kiinteiden elektrolyyttien hauraus, stabiilisuus, uudet materiaalit ja korkeat valmistuskustannukset rokottavat huomattavasti massatuotantoa kannattavuutta.
Summa summarum
Solid-state-akku ei ole vain seuraava askel sähköautojen kehityksessä. Se on teknologia, joka voi mahdollistaa koko akkujärjestelmän tehokkaammaksi, turvallisemmaksi ja kestävämmäksi.
Ensimmäiset sovellukset nähdään todennäköisesti kalliimman luokan sähköautoissa vielä ennen vuotta 2030
Ensimmäiset sovellukset nähdään todennäköisesti kalliimman luokan sähköautoissa vielä ennen vuotta 2030, mutta toistaiseksi solid-state-akku on lupaava teknologia, ei vielä valmis tuote. Vaikka laajamittainen käyttöönotto vie vielä aikaa, niin suunta on selvä: teknologialla on potentiaalia olla yksi 2020-luvun tärkeimmistä teknisistä murroksista.
Lähteet
Turunen, O. 2025. Kiinteäelektrolyyttinen akku – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.