Natriumioniakkujen suosio kasvaa, mutta litiumioniakku saattaa pysyä, indiumin ansiosta

Litiumioniakkujen uudelleensyntyminen?

Cornellin yliopiston tutkijoiden tuore löytö voi palauttaa litiumioniteknologian ihanteellisen akun kilpailuun. Indiumin käyttäminen anodimateriaalina mahdollistaisi erittäin nopean latauksen.

Litiumioniakut ovat tähän mennessä hallinneet pienten elektroniikkalaitteiden ja varhaisten sähköautomallien akkutekniikkaa. Kuitenkin teknologian joitakin rajoituksia on saanut teollisuuden etsimään vaihtoehtoja, kuten natriumioni- tai kiinteän tilan akkuja. Indiumin avulla yksi keskeinen ongelma sähköautojen massakäytön esteenä – toimintamatkan ahdistus – poistettaisiin. Useimmat sähköauton käyttäjät ovat huolissaan akun loppumisesta ennen latausasemaan pääsyä. Siksi he pyrkivät etsimään erittäin tehokkaan akkupaketin, mikä lisää auton painoa ja kustannuksia.

Toinen ongelma on akun lataamiseen kuluva aika. Tämä voi olla vakava huolenaihe pitkän matkan matkustamisessa tai kaupallisissa sovelluksissa. Se myös vähentää latausasemien saatavuutta, kun jokainen “täysi tankki” vie aikaa ja pitää sähköauton laturin poissa käytöstä.

Nopeammin latautuva litiumioniakku voisi siis alentaa sähköautojen kustannuksia, vähentää toimintamatkaan liittyvää huolta ja parantaa latausverkon kapasiteettia.

Indium-akut pelastavat?

Tutkimuksen teki Lynden A. Archerin ryhmä Cornellin Smith School of Chemical and Biomolecular Engineeringissa, ja pääkirjoittajana oli jatko-opiskelija Shuo Jin.

Tutkijat kuvaavat lähestymistapaansa nopeaa latausta ja pitkäkestoista varastointia käsittelevässä julkaisussa. He keskittyivät sähkökemiallisten reaktioiden nopeuteen ja Damköhlerin lukuun. Kiinteän aineen kuljetusnopeuksien perusteella indium osoittautui hyväksi pikalatausmateriaaliksi. Sitä käytetään nykyisin LCD-näytöissä, aurinkosähkössä, kryogeniikassa ja ydinreaktorien säätösauvoissa.

Indium sopii anodiksi nopean diffuusionsa ja hitaan pintareaktionsa ansiosta, mikä mahdollistaa akun nopean lataamisen.

Indium – ensimmäinen askel kohti tekoälyllä suunniteltuja akkuja?

Indiumanodit voivat vähentää toimintamatkahuolta ja suurten, raskaiden akkupakettien tarvetta. Indium itse on kuitenkin raskas ja tiheä metalli.

Siksi professori Archer pitää ryhmän indiumlöytöä myös lähtökohtana.

Laskennallinen kemia ja ehkä generatiivinen tekoäly voivat auttaa löytämään muita kevyitä materiaaleja, joilla on yhtä pieni Damköhlerin luku, esimerkiksi vielä tutkimattomia metalliseoksia.

Tekoälyn käyttäminen uusien akkumateriaalien löytämiseen on realistista. PNNL:n tutkijat seulovat useilla ennustavilla kemian malleilla 32 miljoonaa ideaa alle 80 tunnissa ja löysivät uuden akkujen elektrolyytin, kuten aiemmassa artikkelissamme kuvattiin.

Samaa menetelmää voidaan ehkä käyttää Damköhlerin lukuun keskittyen etsimään indiumin veroisia mutta kevyempiä materiaaleja.

Akkujen elinkaarivarastot

1. Arcadium Lithium (Allkemin ja Liventin yhdistyminen)

Arcadium on tasavertaisen sulautumisen tulos litiumkaivoksen johtajien Allkemin ja Liventin välillä, mikä tekee siitä maailman kolmanneksi suurimman litiumtuottajan. Sulautuminen luo yrityksen, joka on läsnä kaikissa litiumin tuotannon ja jalostuksen vaiheissa.

Yrityksen tuotanto sijaitsee enimmäkseen Argentiinassa, litiumkolmiossa (Chile, Argentiina, Bolivia) suolavesinä, ja osittain kalliolitiumina Kanadassa ja Australiassa.

Lähde: Arcadium

Litium on hyödyke, joka on äskettäin kärsinyt alhaisista hinnoista, kun suuret autonvalmistajat kuten Ford tai GM ovat hidastaneet sähköautojen suunnitelmiaan. Samaan aikaan Kiinalaiset sähköautovalmistajat kuten BYD syytetään ulkomarkkinoiden tulvimisesta halpahintaisilla sähköautoilla, mikä voisi käynnistää uuden aallon sähköautojen omaksumisessa tulevina vuosina. Esimerkiksi 10 000 €:n BYD Seagull saapuu Eurooppaan tänä vuonna.

Litiumin nykyinen hinnan heikkous ei siis välttämättä jatku ikuisesti.

2. CATL

CATL on maailman johtava akkuvalmistaja ja tuottaa yli puolet maailman akkujen määrästä. Yhtiö toimii toimitusketjun kaikissa vaiheissa ja johtaa akkuteknologian kehitystä.

Tämä pätee litiumioniakkuihin, joissa CATL on pitkään ollut markkinajohtaja. Yhtiö on ilmoittanut merkittävästä edistyksestä myös useissa muissa akkutyypeissä:

• A 12 000 sykliä kestävä erittäin pitkäikäinen akku hyötykäyttöön, pitkän aikavälin tavoitteena 18 000 sykliä.
• 700 km:n LFP (litiumrauta-fosfaatti) akku, joka lataa 400 km:n toimintasäteen 10 minuutissa.
• A 500 Wh/kg, mahdollisesti mahdollistava matkustajalentojen sähköistämisen.
• Massatuotanto 160 Wh/kg natriumioniakuista, tavoitteena 200 Wh/kg.

Lähde: CATL

CATL on myös investoinut €3,25 miljardia akkujen kierrätyskapasiteetteihin Kiinassa. CATL on erityisesti saavuttanut merkittävän talteenottoasteen 99,6 % nikkelille, koboltille, mangaanille ja 91 % litiumille.

Mittakaavansa, keskittymisensä ja tutkimustulostensa ansiosta CATL pysyy todennäköisesti akkuinnovaatioiden, valmistuksen ja kierrätyksen kärjessä. Siksi se on tärkeä kumppani Teslalle (TSLA ), NIOlle, Fordille, Stellantisille ja muille sähköautovalmistajille.

3. BYD

Pitkään Teslaa sähköautomarkkinoilla haastanut BYD on nyt vakava kilpailija paitsi Teslalle myös lähes kaikille autonvalmistajille.

The company evolved from its origin as a phone battery supplier myymään lähes yhtä paljon sähköautoja kuin Tesla Kiinassa (maailman suurin sähköautomarkkina) ja olemaan myydyin sähköauto Thaimaassa, Ruotsissa, Australiassa, Uudessa-Seelannissa, Singaporessa, Israelissa ja Brasiliassa.

BYD is a large part of why China suddenly became the world’s largest car exporter in 2023, surpassing Japan. The company’s aggressive overseas expansion is also carried by new factories, kuten Unkarissa. And with the release of $10,000-$12,000 cars like the Seagul, a whole new market might open for BYD EVs.

Lähde: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Pohjimmiltaan BYD on edelleen akkuvalmistaja ja CATL:n merkittävä haastaja LFP-markkinoilla. Sen osuus Kiinassa on 41,1 %, kun CATL:n osuus on 33,9 %.

BYD:n halpojen sähköautojen virta Eurooppaan ja Yhdysvaltoihin kohtaa todennäköisesti protektionismia, joka voi hidastaa kasvua. Muualla maailmassa edulliset kiinalaisautot kuitenkin menestyvät jo hyvin, sillä suojeltavia kotimaisia valmistajia on vähän esimerkiksi Etelä-Amerikassa, Venäjällä, Afrikassa, Lähi-idässä ja Kaakkois-Aasiassa.

Nämä alueet merkitsevät BYD:lle miljardeja mahdollisia asiakkaita maissa, jotka pyrkivät geopoliittiseen tasapainoon ja hyviin suhteisiin sekä länteen että Kiinaan. Siksi erittäin vahvat suojamuurit ovat epätodennäköisiä.