Solidion Technology on viime aikoina saavuttanut melko vaikuttavia tuloksia litium-rikkipatterien saralla, saavuttaen teollisuudessa huomiota herättävän energiatiheyden tason 380 Wh/kg. Mitä tämä tarkoittaa käytännön sovelluksissa? Ajattele sähköautoja ja niitä kannettavia varavirtalähteitä, joita kaikki meistä nykyään kantavat mukanaan. Kun yritys saavuttaa tällaisen korkean energiatiheyden, se tarkoittaa käytännössä, että voimme rakentaa pattereita, joiden varaa kestää paljon kauemmin ennen latausta. Sähköautojen osalta tämä tarkoittaa sitä, että ajomatka pitenee ilman tarvetta pysähtyä latauspisteisiin. Kannettavien laitteiden osalta ne pysyisivät virran varassa huomattavasti pidempään. Vertailun vuoksi tavalliset litiumioni-patterit saavuttavat enintään noin 260 Wh/kg:n energiatiheyden, joten Solidionin saavutus on merkittävä. Lukuero saattaa kuulostaa paperilla pieneltä, mutta käytännössä se tarkoittaa suurta edistysaskelta kaikille, jotka haluavat vähentää latausten määrää ja silti säilyttää suistuvuuden.
Tämä teknologia tuo mukanaan joitain todella tärkeitä muutoksia vihreän energian ja tuotantokustannusten säästön saralla. Litium-rikkiparistot perustuvat pääosin rikkiin, joka on nykyisiin paristoihin käytettyjen materiaalien kanssa verrattuna melko yleistä ja edullista. Tämä vaihtoehto vähentää kustannuksia huomattavasti, mutta säilyttää silti erinomaisen varastointikyvyn. Entistäkin parempaa on, että valmistajien ei tarvitse enää käyttää paljon rahaa kalliisiin metalleihin, kuten kobolttiin tai nikkeliin. Näiden paristojen valmistuskustannusten arvioidaan laskevan alle 65 dollarin kilowattituntia kohti, mikä tekee sähköautoista kuluttajille taloudellisesti toteutettavia vaihtoehtoja. Otetaan esimerkiksi tyypillinen 100 kWh:n akkupaketti, joka on valmistettu tällä teknologialla – se pystyy ajamaan auton noin 500 mailin päähän ja sen hinnaksi tulisi suunnilleen 6 500 dollaria. Tällaiset hinnat asettavat sähköautot suoraan perinteisten bensiinimoottoriautojen linjalle siinä, kuinka paljon ihmiset todella maksavat niistä ensimmäisenä.
Tämä edistysaskel ratkaisee joitain suuria ongelmia, jotka ovat vaivanneet litium-rikkiparistoja vuosikausia, erityisesti niiden lyhyen käyttöiän varauksen kierroksilla ja sen, että ne eivät ole lähes yhtä tehokkaita kuin tavalliset litiumioni-paristot. Tutkijat kehittävät jatkuvasti paristoja kestävämmiksi ja tehokkaammiksi käyttämällä esimerkiksi puolikiinteitä elektrolyyttejä ja uusia katodirakenteita. Näiden kehitysten myötä on hyvin perusteltua uskoa, että litium-rikkiparistot tulevat olemaan merkittävässä roolissa energian varastoinnissa eri teollisuudenaloilla tulevaisuudessa.
Litium-rikkiparistojen suurin ongelma on niin sanottu shuttleteho, kuten tutkijat sitä kutsuvat. Periaatteessa tiettyjen rikkiyhdisteiden, polysulfidien, liike pariston sisällä johtaa nopeaan kapasiteetin menetykseen ajan kuluessa. Tämä rajoittaa merkittävästi paristojen toimintaa ja kestoikää ennen kuin ne täytyy vaihtaa. Onneksi uusissa tutkimuksissa on kuitenkin löydetty mahdollisia ratkaisuja tähän ongelmaan, kuten hiilinanoputkien käyttö. Kun näitä erityisiä komposiittimateriaaleja lisätään paristojen osiin, ne parantavat sähkönjohtavuutta ja rakenteellista stabiilisuutta. Näin ollen ne estävät haitallisten polysulfidien liikkumista. Tämä tarkoittaa parempaa suorituskykyä ja pidempää käyttöikää litium-rikkiparistoille kuin aiemmin on ollut mahdollista.
Uusi tutkimus osoittaa, että hiilinanoputkien yhdistäminen rikki katodeihin parantaa sekä mekaanista lujuutta että sähkökemiallista käyttäytymistä akkuissa. Advanced Materials -julkaisussa mainitaan, että näiden komposiittimateriaalien ansiosta akut säilyttävät varauksensa paremmin ja pysyvät stabiileina useiden lataus- ja purkukertojen jälkeen. Teollisuuden näkökulmasta mielenkiintoista on se, kuinka perustavanlaatuisesti näiden nanoputkien rakenne parantaa rikki katodien toimintaa, mikä on ollut suuri haaste litium-rikki akkujen kehityksessä jo vuosien ajan.
Parmpi hallinta shutteli-ilmiölle tarkoittaa, että litium-rikkiparistojen teho saavuttaa käytännössä niiden todellisen suorituskyvyn, erityisesti vaikeissa olosuhteissa, kuten ilmailutekniikassa, joissa sekä energiatiheys että luotettava suorituskyky ovat erityisen tärkeitä. Tällöin saavutetaan energiavarastointijärjestelmä, joka toimii monin tavoin paremmin kuin perinteiset litiumparistot. Tämä edistysaskel avaa mahdollisuudet parempien varastointivaihtoehtojen käyttöön nykypäivän eri sovellusalueilla, sähköajoneuvoista uusiutuvan energian järjestelmiin, mikä on ollut valmistajien tavoitteena jo pitkään, kun pyritään kiertämään perinteisten paristoteknologioiden rajoja.
Dosishan yliopiston tutkijat ovat äskettäin kehittäneet palamattoman elektrolyytin litiumparistoihin, mikä merkitsee merkittävää edistystä turvallisemmassa energiansäilytyksessä. Uusi yhdistelmä ratkaisee yhden suurimmista ongelmista nykyisessä paristoteknologiassa, eli riskin syttyä tuleen käytön tai latauksen aikana. Tämä on erittäin tärkeää useilla eri aloilla, joissa paristot tarjoavat virtaa kaikenlaisiin laitteisiin, älypuhelimista suuriin sähköverkkoon liittyviin varastointilaitoksiin. Turvallisemmat paristot tarkoittavat vähemmän onnettomuuksia ja vähemmän omaisuusvahinkoja, mikä puolestaan lisää kuluttajien luottamusta uuteen paristoteknologiaan. Laboratoriotestit osoittivat myös lupaavia tuloksia: tällä elektrolyytillä valmistetut paristot kestivät huomattavasti paremmin ylikuumenemista, vaikka niitä kohtelisi ääriolosuhteet. Jos tämä läpimurto saavuttaisi yleisen hyväksynnän, se voisi muuttaa käsitystämme litiumparistoista, tehdä niistä selvästi turvallisempia, mutta silti yhtä luotettavia energiansäilytyslaitteita.
Kiinteätilatekniikka on edistänyt turvallisuuden parantamista merkittävästi sekä sähköverkkokoneiden että sähköautojen osalta. Litiumakut ovat aina olleet turvallisuusongelmien lähteitä, erityisesti ongelmien, kuten lämpöreaktion (thermal runaway), vuoksi, jolloin tilanteet voivat lämmetä vaarallisesti, lisäksi palavat elektrolyytit voivat aiheuttaa tulipaloja. Uudet kiinteä- ja puolikiinteätilatekniikat pyrkivät ratkaisemaan juuri tällaisia ongelmia. Joidenkin teollisuusraporttien mukaan noin 40 % kaikista uusiutuvan energian varastointijärjestelmien vioista johtuu akkuongelmista, mikä korostaa selvästi tarvetta paremmille vaihtoehdoille. Uusimmat edistysaskelet tarkoittavat, että nämä uudet akkujärjestelmät kestävät äärimmäisiä olosuhteita sammumatta tai menettämättä tehokkuuttaan. Kun valmistajat jatkavat näiden parannusten kehittämistä, sähköverkon käyttäjät ja sähköautojen omistajat huomaavat laitteiden turvallisuuden paranevan huomattavasti. Tämä edistyminen voi nopeuttaa siirtymää kohti puhtaita energialähteitä useilla eri teollisuuden aloilla.
Kvanttivaraus on viime aikoina kehittynyt melko mielenkiintoiseksi, ja se saattaa todella lyhentää näitä pitkiä odotusaikoja ladatessa litiumakkuja. Periaatteessa ajatus hyödyntää kvanttitekniikkaa energian siirtämiseen paljon perinteisiä menetelmiä nopeammin. Ohjattu dephausointi toimii saattamalla nämä pienet hiukkaset synkkiin, jolloin energia kulkee niiden läpi tehokkaammin ja varaus nopeutuu. Viimeaikaiset tutkimukset ovat myös tuoneet lupaavia tuloksia. Mallit ennustavat, että tällä tekniikalla ihmiset voisivat ladata laitteitaan muutamassa minuutissa sen sijaan, että kestäisi tunteja. Tämä uusi näkökulma energian varastointiin kvanttitekniikan avulla merkitsee oikeasti litiumakkuja koskevan tekniikan harppausta eteenpäin. Se tuo mukanaan nopeuden parantumisen ja paremman kokonaistehokkuuden tehon varastointiin. Vaikka työtä on vielä tehtävä ennen kuin näkisimme tämän käytännössä olevien tuotteiden muodossa, monet tutkijat uskovat, että nämä ideat päätyvät lopulta laboratorioiden ulkopuolelle ja siitä tulee tulevaisuudessa osa arkielämää ja sähköautoja.
Satunnaismallinnuksen menetelmät muuttavat tapaamme ajatella akkujen kierrätystä ja kiertotalouden rakentamista. Nämä matemaattiset työkalut toimivat epävarmien muuttujien kanssa ennustamalla eri tekijöitä, jotka vaikuttavat materiaalien kierrätyksen tehokkuuteen ja siihen, ovatko tällaiset toiminnot taloudellisesti kannattavia. Ne auttavat yrityksiä löytämään parempia tapoja kierrättää arvokkaita resursseja ja vähentämään loppusijoitettavien jätteiden määrää. Erityisesti litiumakkujen sektori tarvitsee tällaista analyysiä juuri nyt. Puhumme itse asiassa melko järkyttävästä asiasta – tutkimukset osoittavat, että yli 95 prosenttia käytetyistä litiumakuista ei koskaan päädy kierrätykseen. Tämä on huono uutinen ympäristölle. Kun kuitenkin ryhdytään käyttämään näitä probabilistisia menetelmiä, saadaan todellisia parannuksia sekä ympäristön että talouden kannalta. Kaikkien akkutekniikan uusien kehitysten myötä tällä alalla on selvästi kasvutilaa. Vakavasti otettu stokastinen mallinnus voi juuri olla se tekijä, joka yhdistää kasvavan tarpeemme luotettaviin energiavarastoratkaisuihin ja älykkäämpiin, vihreämpään suuntaan vieviin tapoihin hallita arvokkaita materiaaleja.
Litium-rikkiparistojen ansiosta uusiutuvan energian varastointi on muuttumassa, koska ne maksavat vähemmän kuin perinteiset vaihtoehdot. Mikä tekee näistä paristoista erottuvia? Ne pakkaavat enemmän energiaa pienempään tilaan ja niiden valmistuskustannukset ovat huomattavasti pienemmät. Tämä tarkoittaa parempaa suorituskykyä ja luotettavampaa sähköntuotantoa juuri silloin kun sitä eniten tarvitaan. Aurinkopaneelit ja tuuliturbiinit tuottavat sähköä epävakaina aikoina, joten tehokas varastointi on erittäin tärkeää, jotta sähkövirta pysyy tasaisena. Oxis Energy on esimerkiksi yritys, joka on jo käyttänyt näitä uusia paristoja käytännössä. Heidän testiensä ovat osoittaneet melko vaikuttavia tuloksia vanhoihin paristoteknologioihin verrattuna. Vaikka paristojen kehittämisessä on vielä tilaa, nämä edistysaskeleet auttavat tekemään puhdasta energiaa edullisemmaksi asentaa ja huoltaa, mikä selittää miksi yhä useammat yritykset hyväksyvät ne, huolimatta alustavasta epäluulosta uutta teknologiaa kohtaan.
Litium-rikkitekniikan kehittyminen muuttaa käsitystä siitä, miten kannettavat sähkönsiirtolaitokset toimivat, ja antaa niille selkeän etulyönnin vanhoihin akkujärjestelmiin verrattuna. Uudet mallit ovat huomattavasti kevyempiä kuin edeltäjänsä, vaikka niissä olisikin enemmän tehoa pienemmässä paketissa. Lisäksi ne ovat ympäristöystävällisempiä, sillä niiden valmistukseen ei tarvita yhtä paljon harvinaisten maametallien määriä. Kun niitä verrataan tavallisiin litiumioniakkuihin, litium-rikkiakut toimivat paremmin ilman, että niistä jää yhtä suurta ympäristöjälkeä. Otetaan esimerkiksi Sion Power – yrityksen viimeisimmät prototyypit osoittavat, kuinka pitkälle tämä teknologia on kehittynyt. Kun yhä useammat yritykset ottavat käyttöön litium-rikki-ratkaisuja, kannettavien sähkönsiirtolaitteiden laatu paranee merkittävästi. Näillä edistysaskelilla on merkitystä, koska ihmiset haluavat luotettavaa varavirtaa, joka ei maksa maailman hintaa, ei kuvallisesti eikä kirjaimellisesti otettuna, kun on aika ladata laitetta uudelleen.
Koboltin käytön vähentäminen litiumakun katodeissa merkitsee merkittävää muutosta teollisuudessa, jota ovat pääasiassa ajaneet ympäristöongelmat ja eettiset kysymykset. Koboltin louhinta aiheuttaa vakavaa vahinkoa ekosysteemeille ja siinä on jo pitkään liioiteltu työntekijöiden hyväksikäyttöä, kuten useat tutkivat jutut ovat dokumentoineet. Yritykset pyrkivät nyt kehittämään uusia tapoja valmistaa akkuja ilman tämän kiistanalaisen materiaalin. Tulokset ovat myös lupaavia. Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että valmistajat, jotka siirtyvät koboltittomiin vaihtoehtoihin, saavat yleensä kustannuksiaan laskettua noin 30 prosenttia. Tämä kustannusten leikkaus tulee aikana, jolloin yritykset haluavat puhtaita toimitusketjuja, mikä tekee siitä taloudellisesti kuin myös eettisesti järkevän ratkaisun. Ympäristönsuojelu ja voittomarginaalit eivät aina kohtaa täydellisesti, mutta tässä tapauksessa ne näyttävät edistyvän käsi kädessä.
Tässä yhteydessä havaitut teknologiset parannukset viittaavat siihen, että energiasektorilla on käynnissä jotain laajempaa. Monet yritykset pyrkivät nyt parantamaan valmistusprosessiensa tehokkuutta samalla kun pyritään vähentämään akkujen valmistuksesta aiheutuvaa ympäristövahinkoa. Toimialan raportit osoittavat, että koboltin käytön vähentäminen saattaa huomattavasti vähentää hiilipäästöjä, mikä on järkevää ottaen huomioon yhä tiukkenevat ympäristösäädökset ympäri maailmaa. Kun yritykset omaksuvat nämä uudet lähestymistavat, ne eivät ainoastaan auta luontoa, vaan säilyttävät myös kilpailuedun liiketoiminnassa, sillä kuluttajat kiinnittävät yhä enemmän huomiota tuotteiden alkuperään ja niiden ympäristövaikutuksiin.
Lämmön hallinta on yksi suurimmista ongelmista, joita kohtaavat nykyään korkean energiatiheyden litiumparistot. Kun nämä paristot lämpenevät liikaa, ne eivät vain toimi huonommin vaan aiheuttavat myös vakavia turvallisuusriskiä. Olemme nähneet paljon raportteja siitä, mitä tapahtuu, kun lämmönhallinta epäonnistuu, joten on selvää, että tarvitsemme parempia materiaaleja ja älykkäämpiä ratkaisuja tulevaisuudessa. Tämän ongelman parissa työskentelevät tutkijat tutkivat muun muassa vaiheenmuuttemateriaaleja ja parannettuja lämmönsiirtorakenteita, jotka voisivat vähentää vaarallisia lämpötilanpiikkejä. Teollisuuden sisällä olevat uskovat, että nämä lähestymistavat ovat erittäin tärkeitä, koska ne pidentävät paristojen käyttöikää ja parantavat niiden suorituskykyä kokonaisuudessaan – mikä on ehdottoman välttämätöntä, jos haluamme seuraavan sukupolven litiumteknologian saapuvan kuluttajille merkityksellisillä tavoilla.
Uudet lämmön hallintamenetelmät parantavat akkujen suorituskykyä ja energian varastointia turvallisuuden lisäksi. Kun valmistajat integroivat lämmönhallintajärjestelmät suoraan akkujen suunnitteluun, akkujen varastointikapasiteetti ja järjestelmän suorituskyky paranee merkittävästi. Teollisuuden asiantuntijat ovat havainneet, että tehokas lämmönhallinta voi pidentää akun elinikää noin 40 prosentilla, mikä tarkoittaa pitkäikäisempiä virtalähteitä ja pitkän aikavälin kustannussäästöjä. Kun maailma turvautuu yhä enemmän tehokkaisiin ja vahvoihin energialähteisiin, oikeaoppinen lämmön hallinta on keskeinen tekijä siinä, miten litiumakkujen mahdollisuudet voidaan hyödyntää täysimääräisesti.
Pääosa kehityssuunnitelman saavutuksista on Solidion-tekniikan ansiosta energiatihedellisyyden kasvu, joka saavuttaa 380 Wh/kg. Tämä edistys voi laajentaa sähköautojen ajomatkia ja parantaa kannustimien porttaujärjestelmien itsenäisyyttä, tarjoamalla kilpailukykyisen vaihtoehdon liitium-ionipattereille.
Liitium-kivuliittymäkummit käyttävät kivuliittymää ensisijaisena katodoitenaan, mikä on runsasta ja halpaa. Tämä vähentää kokonaiskustannuksia ja poistaa tarpeen kalliiksi metalleja kuin kobolttia ja nikkelia, mikä tekee tuotannon taloudellisemmaksi ja kestävämmäksi.
Shuttle-vaikutus liittyy polysulfidiyhdisteiden siirtymiseen, jotka aiheuttavat kapasiteettikatoja liitium-kivuliittymäkummissa. Tähän puututaan hiilikomposiittien avulla, jotka parantavat johtavuutta ja vakautta, lieventämällä shuttle-vaikutusta.
Koulun polttoimaton elektrolyytti-suunnitelma lisää akkujen turvallisuutta vähentämällä tulemisen riskiä, mikä on suuri huolenaihe sekä kuluttajaelektroniikalle että suurten energianvarastojärjestelmien osalta.
Kvanttilataus vähentää latausaikoja huomattavasti hallitun defaasauksen avulla, kun taas stokastiset mallit parantavat kierrätysastea ja helpottavat ympyröivien akkujen talouksia, johtuen kestävimpään energiaan.
