Battery
Kirjoittanut:
Kenneth Andersen

Akut kehittyvät – käänteentekevää muutosta ei vielä näkyvissä

Älypuhelinten ja tablettien akut ovat parantuneet ajan myötä, kuten myös sähköautojen akut. Ne ovat tulleet vuosi vuodelta kestävämmiksi ja hinnat ovat laskeneet. Varsinaiseen akkujen vallankumoukseen on kuitenkin vielä matkaa.

Nykyään laturi kulkee tiiviisti älypuhelimen mukana. Akku tyhjenee nopeasti, kun puhelimella surffataan internetissä, soitetaan puheluja, luetaan sähköpostia ja käytetään erilaisia sovelluksia. Akkua syövät myös entistä suuremmat ja terävämmät näytöt.

Lyhyt akkukesto ei kuitenkaan johdu siitä, etteivätkö akut olisi parantuneet – käyttäjille näkyvä kehitys ei vain etene kovin nopeasti. Esimerkiksi litiumioniakun kapasiteetti on parantunut noin 2–3 prosenttia vuodessa. Sony toi tämän akun markkinoille vuonna 1991, jolloin se mullisti koko akkuteknologian. Nykyään litiumioniakku on yleisimmin käytetty ratkaisu mobiililaitteissa ja sähköautoissa.

Akkuihin tehdyt parannukset eivät näy suoraan kuluttajille siksi, että älypuhelinten entistä tehokkaammat ja nopeammat ominaisuudet syövät akkua.

Litiumioniakun historia

Litiumioniakku syntyi 1970-luvulla. Aluksi se oli suhteellisen kallis, ja sitä käytettiin lääkinnällisissä laitteissa ja Yhdysvaltojen puolustusvoimissa. 1980-luvulla akku alkoi kehittyä sellaiseksi kuin se on nykyään.

Sony toi litiumioniakun kaupallisille markkinoille vasta vuonna 1991. Sen jälkeen sitä kehitettiin jatkuvasti.

Vähitellen sitä alettiin käyttää ensimmäisissä kannettavissa tietokoneissa, matkapuhelimissa ja myöhemmin myös tableteissa.

Tesla esitteli vuonna 2008 ensimmäisen sähköautonsa, jossa oli valtava 53 kilowattitunnin akku.

Nykyään useimmilla automerkeillä on mallistossaan sähköauto. Bloombergin mukaan sähköautot lisäävät vuonna 2040 sähkön maailmanlaajuista kysyntää kahdeksalla prosentilla. Se tarkoittaa, että vuonna 2040 kaikista kevyistä ajoneuvoista 35 prosenttia on sähköautoja. Määrä on noin 90 kertaa suurempi kuin vuonna 2015.

Hurja hinnanpudotus

Vaikka litiumioniakun kapasiteetin kasvattaminen etenee hitaasti, akkujen hinnoissa on tapahtunut suuri muutos. Akut ovat halventuneet huomattavasti viime vuosien aikana.

– Hinta on viime vuosina laskenut noin 15 prosenttia vuodessa. Nykyään hinta on noin 300–400 dollaria kilowattitunnilta, ja jotkut sähköautojen valmistajat ovat saaneet laskettua sen jopa 200 dollariin, kertoo professori Tejs Vegge. Hän toimii osastonjohtajana Tanskan teknillisessä korkeakoulussa. Yksi kilowattitunti vastaa iPadin lataamista joka päivä kuukauden ajan tai 6–8 kilometrin ajoa Tesla S -autolla.

Bloomberg New Energy Finance -yhtiön tekemä selvitys osoittaa, että akkujen hinnat laskivat jopa 35 prosenttia pelkästään vuodesta 2014 vuoteen 2015.

Kilpailu kiristyy edelleen maailmanmarkkinoilla. Sen kärjessä ovat etenkin jättiyhtiöt LG Chem, Samsung SDI ja Panasonic. Panasonic rakentaa yhteistyössä sähköautoja valmistavan Teslan kanssa niin sanottua gigatehdasta Nevadaan. Sen tarkoituksena on varmistaa, että Tesla saa hinnan laskettua noin 100 dollariin kilowattitunnilta.

Litiumioniakkuyksikön hinta ei voi pudota enää paljon sitä alemmaksi. Tejs Veggen mielestä nykyisin käytettävien litiumioniakkujen hintojen lasku ei voi jatkua enää kovin pitkään. Akkujen raaka-aineista esimerkiksi koboltti on yksinkertaisesti liian kallista.

– Tämä kehityssuunta ei voi jatkua loputtomasti. Muun muassa koboltti on uusiutumaton luonnonvara, jota kuluu liikaa, jos kaikki mahdollinen pyritään sähköistämään.

Kehityksessä tulee raja vastaan

Nykyään mobiililaitteiden osuus koko energiankulutuksesta on noin kaksi prosenttia. Jos kuljetussektori sähköistyy, sähköä pitäisi pystyä varastoimaan noin 30 prosenttia nykyistä enemmän. Jos myös sähkönjakelu otetaan huomioon, tarve lisääntyy vielä toiset 30 prosenttia, toteaa Tejs Vegge.

– Se edellyttää, että on löydettävä ratkaisu, joka ei ole riippuvainen koboltin kaltaisista uusiutumattomista luonnonvaroista. Tässä kehityksessä tulee siis raja vastaan jossain vaiheessa.

Tesla pyrkii kehittämään rakenteeltaan toisenlaisen litiumioniakun, jossa käytetään muun muassa enemmän alumiinia ja vähemmän kobolttia. Autonvalmistaja arvioi valmistavansa vuonna 2020 yhtä paljon akkuja kuin mitä vuonna 2013 valmistettiin koko maailmassa. Näillä määrillä hintoja saisi laskettua.

– Litiumioniteknologia pysyy seuraavien 5–10 vuoden ajan eniten käytettynä akkuteknologiana. Akkujen kemiallista koostumusta pyritään kuitenkin muuttamaan ja lisäämään niissä käytetyn nikkelin määrää, jotta koboltin osuutta voidaan pienentää. Näiden muutosten vaikutus on silti vain muutaman prosentin luokkaa vuodessa, Tejs Vegge kertoo.

Käänteentekevää muutosta kaivataan

Tilanne ei kuitenkaan vaikuta merkittävästi sähköautoihin, sillä niiden hinnat laskevat. Jo nyt Opel on esitellyt sähköauton, joka haastaa bensalla kulkevat autot, Opel Ampera-e:n. Testien mukaan se kulkee yhdellä latauksella yli 380 kilometriä ja enimmillään jopa 520 kilometriä. Sen lähtöhinta on noin 40 000 euroa.

Litiumioniakkua siis käytetään autoissa jatkossakin. Jos sitä kuitenkin tarkastellaan suhteessa esimerkiksi yksinomaan uusiutuviin energialähteisiin perustuvaan sähköjärjestelmään, uusia ratkaisuja kaivataan. Nykyisestä litiumioniteknologiasta tulee liian kallis, Tejs Vegge sanoo.

– Siksi halutaan valmistaa akkuja, jotka eivät sisällä kalliita metalleja. Katseet kääntyvät muun muassa uudenlaisiin virtausakkuihin, joissa käytetään esimerkiksi varastointiin soveltuvia orgaanisia materiaaleja. Niiden kestoikä on vähintään 10 vuotta.

Mullistus saattaa piillä myös muissa akkutyypeissä. Tutkijoita kiinnostavat muun muassa metalli-ilma-akut. Näiden kevyiden akkujen kapasiteetti on erittäin suuri, joten se riittää sähköautoihin ja laskee paikallaan varastoinnin hintaa.

– Kyseessä on avoin akku, joka ikään kuin hengittää. Akku ottaa happea ilmasta, ja näin syntyy kemiallinen reaktio toisessa elektrodissa. Tämän lupaavan teknologian kehittäminen vaatii kuitenkin vielä noin 10 vuotta, Tejs Vegge sanoo.

Akkujen hinnat 2013-2016 Lähde: Bloomberg New Energy Finance
Akkujen hinnat 2013-2016 Lähde: Bloomberg New Energy Finance

Sähköauton historia

Ensimmäiset sähköautot tuotiin markkinoille 1800-luvun lopussa. Niissä käytettiin lyijyakkuja, jotka eivät juuri poikenneet nykyisistä autojen akuista – siis bensiini- ja dieselautoissa käytettävistä akuista, jotka käynnistävät auton.

1900-luvun alussa sähköauto oli menestys, mutta bensiiniauto jyräsi sen alleen. Vuonna 1908 alettiin valmistaa Fordin T-mallia, joka antoi sähköautoille kuoliniskun. Se oli halpa, ja bensiiniautolla oli suuri etu – sillä oli helpompi kulkea pitkiä matkoja, kun tyhjentyneen tankin saattoi täyttää nopeasti uudelleen.

Sen jälkeen kului siis yli 100 vuotta ennen kuin sähköauto nousi jälleen esille. Teslan myötä kehitys on päässyt vauhtiin toden teolla.

Bloombergin mukaan sähköautot lisäävät vuonna 2040 sähkön maailmanlaajuista kysyntää kahdeksalla prosentilla. Se tarkoittaa, että vuonna 2040 kaikista kevyistä ajoneuvoista 35 prosenttia on sähköautoja. Määrä on noin 90 kertaa suurempi kuin vuonna 2015.