Solid-state-akkujen toimivuus sähköautoissa

Abstract

Sähköautojen akkuteknologia on kehittynyt huimasti, koska fossiilisilla polttoaineilla kulkevia ajoneuvoja rajoitetaan koko ajan enemmän ja lopulta tullaan kieltämään kokonaan ainakin Euroopassa. Sähköautoilla on kuitenkin vielä monia esteitä, joiden vuoksi kaikki eivät ole halukkaita tai eivät kykene ostamaan sähköautoa. Näitä esteitä ovat muun muassa kantavuus, latausaika, käyttöikä sekä turvallisuus. Ongelmat johtuvat taas suurelta osin sähköautojen akuista, jotka ovat tällä hetkellä erityyppisiä litiumioniakkuja.

Uusi lupaava akkuteknologia SSB eli kiinteäelektrolyyttinen akku (engl. solid-state battery) on potentiaalinen teknologia korvaamaan markkinoita hallitsevan litiumioniakun. Akulta luvataan huomattavasti parempaa energiatiheyttä sekä turvallisuutta. Myös nopeampi lataus on mahdollinen SSB:n ansiosta. Tämä tutkielma on kirjallisuuskatsaus SSB:n teknologiasta sekä sen toimivuudesta sähköautoissa.

Toisin kuin litiumioniakussa SSB:ssä akun elektrolyytti on nimensä mukaisesti kiinteä. Tämä mahdollistaa kompaktimman rakenteen lisäksi uusien materiaalien hyödyntämisen akun elektrodeissa eli anodissa sekä katodissa. Puhtaan litiummetallin käyttö akun anodina toisi huomattavan parannuksen akun energiatiheyteen. Katodin valitsemisessa on enemmän valinnanvaraa, mutta sen tulee kuitenkin sopia yhteen kiinteän elektrolyytin kanssa. Katodi on SSB:ssä suhteessa suuri osa akkua, joten myös sillä on ratkaiseva osa energiatiheyden suhteen.

SSB:llä on kuitenkin lukuisia heikkouksia. SSB:n hinta on vielä todella korkea, koska sen kehitys on vasta alkuvaiheessa. Vaikka SSB:stä on tehty toimivia prototyyppejä, massatuotantoa ei ole saatu sille tasolle, että kilpailukykyisiä tuotteista voitaisiin tehdä. Myös tiettyjen materiaalien käytössä on vielä ongelmia, niiden teoreettisesta potentiaalista huolimatta. Esimerkiksi litiummetallianodilla on vaikeaa saada hyvä yhteys elektrolyyttiin. Myös dendriittien muodostuminen on ongelma ja voi johtaa akun oikosulkuun sekä tuhoon.

SSB ei siis ole vielä lähivuosina valmis litiumioniakkujen korvaajaksi sähköautoissa etenkin, kun sähköautojen akuissa on monenlaisia eri vaatimuksia. SSB:n kehitys on kuitenkin saanut paljon rahoitusta eri autonvalmistajilta ja aihetta tutkitaan paljon. Jos siis heikkoudet saadaan ratkaistua ja hintaa saadaan tarpeeksi alas, SSB voi joskus tulevaisuudessa olla vallitseva akkuteknologia sähköautoissa.