Artikkelit

VTT:n erikoistutkija Marja Vilkman kertoo, miten niin sanottu suola-akku vaikuttaa sähköautojen ajomatkaan.

Niin sanotut suola-akut nousivat äskettäin julkisuuteen, kun kiinalainen akkuvalmistaja CATL kertoi ryhtyvänsä asentamaan natriumioniakkuja henkilöautoihin. Julkisuudessa uusista akuista on ennakoitu yhtä ratkaisua sähköautojen akkupulaan ja kriittisten maametallien saatavuuteen tulevaisuudessa.

Ylen haastatteleman Aalto-yliopiston hydrometallurgian professorin Mari Lundströmin mukaan tällä hetkellä akkuihin tarvittavan litiumin tarve nousee peräti 42-kertaiseksi vuoteen 2040 mennessä. Litium ei riitä tulevaisuudessa teollisuuden tarpeisiin ilman tehokasta kierrätystä tai uusia kaivoksia.

Kysyimme VTT:n erikoistutkijalta Marja Vilkmanilta, missä suola-akuissa on kyse, ja miten ne eroavat nykyisistä litiumioniakuista.

Mikä on suola-akku ja mikä on sen virallinen nimitys?

Na-ioniakkuja kutsutaan usein puhekielessä suola-akuiksi. Tämä on kuitenkin hieman harhaanjohtava nimi, koska sekä Li-ioniakuissa että Na-ioniakuissa on suoloja: Li-akuissa Li-suoloja ja Na-akuissa Na-suoloja. Jos suolalla tarkoitetaan ruokasuolaa eli natriumkloridia, sitä Na-akut eivät tyypillisesti sisällä. Na-akkujen suola voi olla esimerkiksi natriumheksafluorofosfaattia (NaPF₆), joka vastaa Li-akuissa käytettävää Li-suolaa, jossa natrium on korvattu litiumilla (eli litiumheksafluorofosfaatti, LiPF₆). Na-akkujen raaka-aineena voi kuitenkin käyttää ruokasuolaa, joten sinänsä suola-akku sanana voi olla perusteltu. Itse en kuitenkaan kutsuisi Na-akkuja suola-akuiksi, koska itse akku ei ruokasuolaa sellaisenaan sisällä.

Miten suola-akku toimii ja miten se eroaa litiumioniakuista?

Na-akun toimintaperiaate on sama kuin Li-akuilla. Sähkövarausta niissä kuljettaa Na-ioni, joka kulkee katodilta anodille ja takaisin. Li-akuissa saman tekee Li-ioni. Tärkein syy, miksi Na-akkuja halutaan kehittää on se, että natriumia on maapallolla huomattavasti enemmän saatavilla kuin litiumia. Sen määrä on tuhatkertainen litiumiin verrattuna.

Elektrodimateriaaleissa on myös eroja. Na-ioni on suurempi kuin Li-ioni. Tämä vaikuttaa siihen, että Na-akkujen anodimateriaalina ei voi käyttää Li-akuista tuttua grafiittia, koska Na-ioni ei mahdu hyvin grafiittikerrosten väliin. Anodina käytetäänkin yleensä kovahiiltä, jossa on suuremmat välit hiilikerrosten välissä. Kovahiiltä voidaan tuottaa esimerkiksi ligniinistä tai muusta biomassasta.

Katodimateriaali on myös hieman erilainen. Na-akkujen katodimateriaaleja on muutamia eri vaihtoehtoja, joista samankaltaisin on metallioksidikatodi, jossa periaatteessa vain litium on korvattu natriumilla. Nämä sisältävät usein esimerkiksi kobolttia. Na-akuilla on kuitenkin myös ympäristöystävällisempiä katodivaihtoehtoja, joissa ei käytetä ollenkaan kriittisiä raaka-aineita. Yleinen esimerkki tällaisesta katodimateriaalista on Prussian white/blue -materiaali.

Onko suola-akku valmistettavissa massatuotantona?

Massatuotanto on yhtä mahdollista kuin Li-akuillekin. Prosessit ovat samanlaisia, eikä massatuotannolle ole esteitä. Tuotantoon voi käyttää samoja tuotantolinjoja kuin Li-akuillekin, vain materiaalit ovat hieman erilaisia.

Miten suola-akku vaikuttaa sähköauton latausnopeuteen tai ajomatkaan?

Na-akun energiatiheys on matalampi kuin Li-akuilla. Tämä johtuu siitä, että natrium on isompi ja raskaampi alkuaine kuin litium. Matalampi energiatiheys taas vaikuttaa ajomatkaan. Mitä matalampi energiatiheys, sitä isompi ja painavampi akku tarvitaan samaan ajomatkaan yhdellä latauksella. Koska akun kokoa ei voi ylen määrin autossa kasvattaa, Na-akut eivät voi saavuttaa yhtä pitkää ajomatkaa kuin parhaat Li-akut. Ajomatka on kuitenkin samanlainen kuin matalan energiatiheyden Li-akuilla, kuten litiumrautafosfaattiakuilla.

Na-akuille on kuitenkin lupailtu nopeampaa latausta, esimerkiksi 15 minuutissa 80 prosentin lataustasoon. Ehkäpä pitkä ajomatka yhdellä latauksella ei ole niin oleellista, jos lataus on nopeaa.

Onko tietoa, kuinka paljon edullisempaa näiden ”suola-akkujen” valmistaminen on?

Na-akut ovat halvempia kuin Li-akut pääasiassa sen takia, että litium on kalliimpaa kuin natrium. Mutta myös muut materiaalit voivat olla eri hintaisia. Na-akuissa voi esim. käyttää alumiinia virrankeräimenä kuparin sijasta, mikä alentaa niiden hintaa. En ole nähnyt tarkempia hinta-arvioita, mutta joidenkin arvioiden mukaan Na-akut ovat jopa 50 prosenttia halvempia.

Milloin suola-akuista voidaan odottaa todellista kilpailijaa nykyisille akkuteknologioille?

Ensimmäiset Na-akuilla toimivat sähköautot tulevat myyntiin Kiinassa jo tänä vuonna. Ne eivät tule kilpailemaan kaikista energiatiheimpien Li-akkujen kanssa, mutta ovat saavuttaneet jo saman tason kuin halvimmat Li-akut. Näyttäisi siltä, että ne ovat kilpailukykyisiä pienissä lyhyen kantaman sähköautoissa ja kaksipyöräisissä jo nyt. Toinen tärkeä Na-akkujen sovellusalue on energiavarastot, joissa yhtenä tärkeänä ominaisuutena on mahdollisimman alhainen hinta, mutta joissa korkea energiatiheys ei ole niin tärkeää. Na-akut tulevat olemaan avainasemassa näissä sovelluksissa. Kiina johtaa tuttuun tapaan Na-akkujen kehitystä, mutta myös Euroopassa on toimijoita tällä alalla, mm. ruotsalainen Altris, englantilainen Faradion ja ranskalainen Tiamat.

Hei! Luitko jo tämän?

”Lähes yhtä tuhoutumaton kuin Nokia 3310”: Nokia-uutuus kestää painepesunkin

  Takaisin