Sähköautoilu ja teollisuuden tarpeet lisäävät akkujen tarvetta moninkertaiseksi jo lähivuosina. Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät uusia materiaaleja tulevaisuuden kiinteisiin litiumakkuihin tutkimuslaitosten ja yritysten yhteisessä hankkeessa. Uudet materiaalit tekevät akuista kevyempiä, tehokkaampia ja turvallisempia ja samalla pienentävät valmistuksen hiilijalanjälkeä.
Sähkön varastointi on tulevaisuuden avaintekniikoita. Litiumakkujen kysyntä kasvaa vuosittain jopa 25 %, kun niitä tarvitaan yhä enemmän sähköisen liikenteen, teollisuuden ja kuluttajaelektroniikan tarpeisiin.
Tampereen yliopisto tutkii ja kehittää uusia materiaaleja neljännen ja viidennen sukupolven kiinteäelektrolyyttiakkuihin Aalto-yliopiston koordinoimassa useiden tutkimuslaitosten ja yritysten NextGenBat-yhteistyöhankkeessa. Projektissa tutkitaan erityisesti akkujen valmistuksessa käytettyjä laserhöyrystys- ja atomikerroskasvatus-ohutkalvotekniikoita, joissa suomalaiset ovat maailman huippua.
Tampereen yliopiston keraamisten materiaalien tutkimusryhmän asiantuntijat tuovat tutkimukseen vahvan tietotaitonsa keraamisten materiaalien prosessoinnista ja herkille akkumateriaaleille käytetystä pulssilaserpinnoitustekniikasta (PLD, pulsed laser deposition).
Tampereen yliopiston tutkimusryhmää johtava professori Erkki Levänen arvioi, että kiinteissä akuissa raaka-aineita tarvitaan noin kolmannes tai jopa puolet vähemmän kuin nykyisissä akuissa.
- Kiinteiden litiumakkujen suurin potentiaali on niiden energiatiheydessä. Litiumin osalta kehitämme mahdollisimman ohuita kerroksia, jolloin iso määrä energiaa voidaan tiivistää pieneen kokoon. Uudenlaiset kiinteät akut ovat nykyisiä nesteakkuja kevyempiä ja niiden valmistamiseen tarvitaan vähemmän kallisarvoisia raaka-aineita. Ne ovat myös paloturvallisia, sanoo Levänen.
Tamperelaistutkijoiden tuore läpimurto plastisen materiaalin tutkimuksessa tuo lupaavia mahdollisuuksia myös uusien akkumateriaalien kehittämiseen.
- Tutkijamme Erkka Frankberg on kehittänyt ohuita lasikalvoja, joilla on plastinen muodonmuutoskyky. Joustavia materiaaleja voitaisiin hyödyntää myös kiinteissä akuissa, joissa ne voisivat parantaa akun luotettavuutta, Levänen visioi.
Kunhan kiinteiden akkujen ikääntymisongelmat ja valmistustekniikka saadaan hiottua kuntoon, konkreettisia sovelluksia on lupa odottaa markkinoille nopeastikin.
- Sanoisin, että muutaman vuoden päästä ollaan jo lähellä, Levänen lupaa.
NextGenBat-tutkimushankkeessa ovat Tampereen yliopiston ja Aalto-yliopiston lisäksi mukana VTT, Pulsedeon Oy, Beneq Oy ja Tervakoski Oy. Tampereen yliopisto tekee omalla osaamisalueellaan yhteistyötä Italian Institute of Technologyn ja amerikkalaisen University of Virginian kanssa. Tutkimus on saanut Business Finlandilta rahoitusta 1,2 miljoonaa euroa vuosille 2021-24, ja se on osa rahoittajan Smart Mobility and Batteries from Finland -ohjelmaa.
