Litiumparistojen energiatiheys voi tulevaisuudessa olla 1,5–2 kertaa suurempi kuin virta, mikä tarkoittaa, että paristoista tulee pienempiä.
[Litiumioniakkujen kustannussäästöt ovat korkeintaan 10–30 %. Hinnan puolittaminen on vaikeaa.]
Älypuhelimista sähköautoihin akkuteknologia on vähitellen tunkeutumassa elämän jokaiselle osa-alueelle. Mihin suuntaan tulevaisuuden akut sitten kehittyvät ja mitä muutoksia ne tuovat yhteiskuntaan? Nämä kysymykset mielessään First Financialin toimittaja haastatteli viime kuussa Akira Yoshinoa, japanilaista tiedemiestä, joka voitti tänä vuonna Nobelin kemianpalkinnon litiumioniakuista.
Yoshinon mielestä litiumioniakut hallitsevat akkuteollisuutta vielä seuraavat 10 vuotta. Uusien teknologioiden, kuten tekoälyn ja esineiden internetin, kehitys tuo mukanaan "käsittämättömiä" muutoksia litiumioniakkujen sovellusmahdollisuuksiin.
Kuvittelematon muutos
Kun Yoshino kuuli termin "kannettava", hän ymmärsi, että yhteiskunta tarvitsi uuden akun. Vuonna 1983 Japanissa syntyi maailman ensimmäinen litiumakku. Yoshino Akira valmisti maailman ensimmäisen ladattavan litiumioniakun prototyypin ja tulee antamaan merkittävän panoksen älypuhelimissa ja sähköajoneuvoissa laajalti käytettyjen litiumioniakkujen kehitykseen tulevaisuudessa.
Viime kuussa Akira Yoshino sanoi No. 1 Financial Journalist -lehden eksklusiivisessa haastattelussa, että saatuaan tietää Nobel-palkinnon voitostaan hänellä "ei ole todellisia tunteita". "Myöhemmät haastattelut tekivät minut erittäin kiireiseksi, enkä voinut olla liian onnellinen", Akira Yoshino sanoi. "Mutta mitä lähempänä palkintojenjakopäivää joulukuussa on, sitä vahvemmaksi palkintojen todellisuus on vahvistunut."
Viimeisten 30 vuoden aikana 27 japanilaista tai japanilaista tutkijaa on voittanut Nobelin kemianpalkinnon, mutta vain kaksi heistä, mukaan lukien Akira Yoshino, on saanut palkintoja yritystutkijoina. ”Japanissa tutkimuslaitosten ja yliopistojen tutkijat saavat yleensä palkintoja, ja vain harvat alan yritystutkijat ovat voittaneet palkintoja”, Akira Yoshino kertoi First Financial Journalistille. Hän korosti myös alan odotuksia. Hän uskoo, että yritysten sisällä on paljon Nobel-tason tutkimusta, mutta japanilaisen teollisuuden tulisi parantaa johtajuuttaan ja tehokkuuttaan.
Yoshino Akira uskoo, että uusien teknologioiden, kuten tekoälyn ja esineiden internetin, kehitys tuo mukanaan "käsittämättömiä" muutoksia litiumioniakkujen sovellusmahdollisuuksiin. Esimerkiksi ohjelmistojen kehittyminen nopeuttaa akkujen suunnitteluprosessia ja uusien materiaalien kehittämistä, ja se voi vaikuttaa akun käyttöön, jolloin akkua voidaan käyttää parhaassa mahdollisessa ympäristössä.
Yoshino Akira on myös erittäin huolissaan tutkimuksensa panoksesta globaalien ilmastonmuutosongelmien ratkaisemisessa. Hän kertoi First Financial Journalistille, että hänet palkittiin kahdesta syystä. Ensimmäinen on panos älykkään mobiiliyhteiskunnan kehittämiseen; toinen on tärkeän keinon tarjoaminen globaalin ympäristön suojelemiseksi. "Ympäristönsuojelun edistäminen tulee tulevaisuudessa yhä ilmeisemmäksi. Samaan aikaan tämä on myös loistava liiketoimintamahdollisuus", Akira Yoshino kertoi taloustoimittajalle.
Yoshino Akira kertoi opiskelijoille professorina Meijo-yliopistossa pitämässään luennolla, että ottaen huomioon yleisön korkeat odotukset uusiutuvan energian ja akkujen käytölle ilmaston lämpenemisen vastatoimena, hän aikoo esittää omia tietojaan, mukaan lukien ajatuksia ympäristökysymyksistä.
Kuka tulee hallitsemaan akkuteollisuutta
Akkuteknologian kehitys käynnisti energiavallankumouksen. Älypuhelimista sähköautoihin, akkuteknologia on kaikkialla läsnä ja muuttaa ihmisten elämän jokaista osa-aluetta. Se, tuleeko tulevaisuuden akusta tehokkaampi ja halvempi, vaikuttaa meihin kaikkiin.
Tällä hetkellä teollisuus on sitoutunut parantamaan akkujen turvallisuutta ja samalla lisäämään akkujen energiatiheyttä. Akkujen suorituskyvyn parantaminen auttaa myös torjumaan ilmastonmuutosta uusiutuvan energian käytön kautta.
Yoshinon mielestä litiumioniakut hallitsevat akkuteollisuutta edelleen seuraavien 10 vuoden aikana, mutta uusien teknologioiden kehitys ja nousu vahvistavat myös alan arvostusta ja tulevaisuudennäkymiä. Yoshino Akira kertoi First Business Newsille, että litiumioniakkujen energiatiheys voi tulevaisuudessa olla 1,5–2 kertaa virtaan verrattuna, mikä tarkoittaa, että akusta tulee pienempi. ”Tämä vähentää materiaalin tarvetta ja siten kustannuksia, mutta materiaalikustannuksissa ei tapahdu merkittävää laskua.” Hän sanoi: ”Litiumioniakkujen hinnan lasku on korkeintaan 10–30 %. Hinnan puolittaminen on vaikeampaa.”
Latautuvatko elektroniset laitteet tulevaisuudessa nopeammin? Akira Yoshino vastasi, että matkapuhelin on täynnä 5–10 minuutissa, mikä on laboratoriossa saavutettu. Mutta nopea lataus vaatii vahvaa jännitettä, mikä vaikuttaa akun käyttöikään. Monissa tilanteissa ihmiset eivät ehkä tarvitse ladata erityisen nopeasti todellisuudessa.
Varhaisista lyijyakuista japanilaisten yritysten, kuten Toyotan, tukipilareita oleviin nikkelimetallihydridiakkuihin ja Tesla Roasterin vuonna 2008 käyttämiin litiumioniakkuihin perinteiset nestemäiset litiumioniakut ovat hallinneet tehoakkumarkkinoita kymmenen vuoden ajan. Tulevaisuudessa ristiriita energiatiheyden ja turvallisuusvaatimusten sekä perinteisen litiumioniakkuteknologian välillä tulee yhä selvemmäksi.
Vastauksena ulkomaisten yritysten kokeiluihin ja puolijohdeakkutuotteisiin Akira Yoshino sanoi: "Mielestäni puolijohdeakut edustavat tulevaisuuden suuntaa, ja parantamisen varaa on vielä paljon. Toivon näkeväni pian uutta edistystä."
Hän sanoi myös, että puolijohdeakut ovat tekniikaltaan samanlaisia kuin litiumioniakut. ”Teknologian kehittymisen myötä litiumioniakkujen uinnin nopeus voi vihdoin olla noin nelinkertainen nykyiseen verrattuna”, Akira Yoshino kertoi First Business Newsin toimittajalle.
Kiinteän olomuodon akut ovat litiumioniakkuja, jotka käyttävät kiinteän olomuodon elektrolyyttejä. Koska kiinteän olomuodon elektrolyytit korvaavat perinteisissä litiumioniakuissa mahdollisesti räjähdysherkän orgaanisen elektrolyytin, tämä ratkaisee kaksi pääongelmaa: korkean energiatiheyden ja korkean turvallisuustason. Kiinteän olomuodon elektrolyyttejä käytetään samalla energialla. Elektrolyytin korvaavalla akulla on suurempi energiatiheys, samalla suurempi teho ja pidempi käyttöaika, mikä on seuraavan sukupolven litium-akkujen kehitystrendi.
Mutta myös puolijohdeakkuihin liittyy haasteita, kuten kustannusten alentaminen, kiinteiden elektrolyyttien turvallisuuden parantaminen sekä elektrodien ja elektrolyyttien välisen kosketuksen ylläpitäminen latauksen ja purkauksen aikana. Tällä hetkellä monet maailmanlaajuiset jättimäiset autovalmistajat investoivat voimakkaasti puolijohdeakkujen tutkimukseen ja kehitykseen. Esimerkiksi Toyota kehittää puolijohdeakkua, mutta kustannuksia ei julkisteta. Tutkimuslaitokset ennustavat, että vuoteen 2030 mennessä puolijohdeakkujen maailmanlaajuisen kysynnän odotetaan lähestyvän 500 GWh:ta.
Professori Whitingham, joka jakoi Nobel-palkinnon Akira Yoshinon kanssa, sanoi, että puolijohdeakut saattavat olla ensimmäisiä, joita käytetään pienessä elektroniikassa, kuten älypuhelimissa. "Koska laajamittaisten järjestelmien soveltamisessa on edelleen suuria ongelmia", professori Wittingham sanoi.
Julkaisun aika: 16.12.2019