Lyijyakkujen käyttö oli ennen kaikkialla energiavarastoinnissa, mutta nykyään ne jäävät useilla osa-alueilla selvästi toivottavaksi. Ensinnäkin, ne ovat liian raskaita ja kookkaita suhteessa kannettaviin laitteisiin, joten kukaan ei halua niitä enää mukaan sellaisiin laitteisiin, joita kuljetetaan mukana. Myös käyttöikä on ongelma-alue. Nämä vanhat akut kestävät ehkä 500–800 latauskertaa ennen kuin ne täytyy vaihtaa, kun taas litiumversiot selviytyvät helposti yli 3000 latauskerran. Tehon tiheydessä eli wattitunneissa kilogrammaa kohti lyijyakut tuottavat noin 30 Wh/kg, kun taas litiumakut ylittävät vaivatta 200 Wh/kg rajan. Tämä tekee kaiken eron puhuttaessa todellisesta suorituskyvystä. Äläkä unohda ympäristöäkään. Lyijy on myrkyllistä ainetta, ja näiden akkujen kierrätys aiheuttaa valtavia ongelmia kaikille prosessiin osallistuville. Tässä yhteydessä ympäristövaikutukset ovat yksinkertaisesti liian suuret kuin että niitä voisi sivuuttaa.
Lithium on selvästi noussut energiavarastoinnin kuninkaaksi sen vaikuttavan energiatiheyden ansiosta. Tätä nähdään kaikkialla, puhelimista, jotka mahtuvat mukaan taskuihin ja kestävät akun latauksella päiviä, aina suuriin sähköautoihin, jotka valmistuslinjoilta tulevat. Litiumioniakkutekniikka kehittyy myös jatkuvasti. Latausaika on pudonnut merkittävästi ja nämä akut kestävät satoja lisäsyklejä ennen kuin kuluvat. Tämä tarkoittaa, että laitteet kestävät pidempään ja niiden käyttö maksaa vähemmän ajan mittaan. Mikä tekee litiumista niin hyvin? No, se on erittäin kevyttä, mikä on erittäin tärkeää suunniteltaessa esimerkiksi kannettavia aurinkogeneraattoreita, joita ihmiset pitävät matkailussa. Mutta tarinalla on myös toinen puoli. Ympäristöjärjestöt nostattavat punaisia varokkeita siitä, mistä kaikki tämä litium tulee. Joitain uusia tutkimuksia on kuitenkin löydetty siitä, miten litiumia voidaan hankkia puhdahammalla tavalla, mikä on herättänyt keskustelua siitä, kuinka vihreää energiavarastointi todella on. Teollisuus tietää, että tämä ongelma täytyy ratkaista, jos he haluavat, että kuluttajat jatkavat heidän tuotteidensa ostamista.
1970-luvulla nähtiin joitain melko tärkeitä kehitysaskelia litiumiakkutekniikassa, suurelta osin muun muassa John B. Goodenoughin ja Rachid Yazamin kaltaisten henkilöiden ansiosta, jotka alkoivat tutkia, kuinka litiumia voitaisiin käyttää elektrodeissa. Tutkijoiden tuolloin tekemät löydöt muodostivat pohjan monille nykyisille akkujen suunnille. Stanley Whittingham esitti ideoitaan litiumin interkalaatiokompuundeista, mikä herätti huomiota varsinkin sähköautoyhteisössä tuolloin. Vaikka tuolloin valmistetut akut eivät olleet yhtä tehokkaita kuin nykyään, ne olivat silti merkittävä käännekohta. Nykyaikaiset akut perustuvat edelleen tämän ajan edistyneeseen kehitykseen. Jo silloin kehitetyt käsitteet ovat kehittyneet huomattavasti ajan kuluessa, mikä näkyy nykyakkujen parantuneena energiatiheytenä ja elinikänä verrattuna edeltäjiinsä.
1980-luku merkitsi käänteenteon litiumakkutekniikassa, kun John B. Goodenough havaitsi, että kobolttimateriaali toimi erinomaisesti katodimateriaalina. Hänen löydöksensä lisäsi huomattavasti näiden akkujen energiatiheyttä, mikä teki niistä käytännöllisiä puhelimia ja kannettavia tietokoneita varten. Tätä ennen suurin osa ihmisistä ei edes tiennyt, mitä litiumioniakku tarkoittaa. Goodenoughin saavutus määritteli uuden standardin akkujen suorituskyvylle, mikä mahdollisti valmistajille kompaktien laitteiden tuotannon ilman tehon heikentämistä. Edelleen nykyään koboltin ja litiumin yhdistämistä jatketaan parhaiden akkujen valmistuksessa. Näin näemme kaikessa älypuhelimista suuriin kannettaviin varavirtalähteisiin, jotka pitävät meidät toiminnassa ulkoilu- tai virran sammuessa.
Kun Sony toi markkinoille litiumioniakkujen vuonna 1991, se muutti todella kuluttajien käsitystä kannettavasta energiasta. Nämä akut suunniteltiin alun perin pieniä laitteita varten, mikä johti merkittäviin muutoksiin kaikenlaisessa henkilökohtaisessa teknologiassa – ajattele matkapuhelimia, kannettavia tietokoneita ja pohjimmiltaan mitä tahansa laitetta, joka tarvitsi pidempää akunkestoa ilman kooltaan suurta laitetta. Tämän kehityksen mielenkiintoisuuden juuret ovat siinä, kuinka se muovasi sekä päivittäiselämäämme että koko teollisuuden samanaikaisesti. Kyseinen siirtymä auttoi sulkemaan kuilun tieteellisten kokeiden ja varsinaisten tuotteiden välillä, joita ihmiset voivat ostaa kauppojen hyllyiltä. Nykyään tarkasteltuna näemme valtavat markkinat, jotka perustuvat näihin teknologioihin, ja joihin yritykset sijoittavat miljardeja parantaakseen akkujen laatua. Tämä innovaatio puolestaan loi pohjan uusille sovelluksille, kuten aurinkoenergian tehokkaaseen varastointiin, mikä on edelleen kasvava ala siirryttäessä kohti vihreämpiä vaihtoehtoja.
Yhteenvetona sanottuna matka alkuperäisistä liitiumideista kaupalliseen toteutettavuuteen on asettanut vilkkaiden tien tulevaisuudelle energianvarastointitekniikassa. Oppimalla näistä avainaskeleista jatkamme edistystä luomalla turvallisempia, tehokkaampia ja kestävämpiä akkuja.
Uusimmat kehitysaikaan liittyvät litiumiakkutekniikat sisältävät nyt nanostrukturoidut elektrodit, ja ne muuttavat peliä todella akkukapasiteetin suhteen. Nämä mikroskooppiset rakenteet tuottavat paljon suuremman pinta-alan, jossa kemialliset reaktiot tapahtuvat, joten akut voivat tallentaa huomattavasti enemmän energiaa kokonaisuudessaan. Tuloksena on nähty uuden sukupolven akkuja, jotka sisältävät noin 30 % enemmän tehoa kuin aiemmin, ja lisäksi ne latautuvat paljon nopeammin – se on erittäin merkityksellistä ihmisille, jotka käyttävät kannettavia sähköasemia ulkoilureissulla tai hätätilanteissa. Toinen suuri etu on se, että nanoteknologia itse asiassa tekee näistä akuista kestävämpiä. Valmistajat olivat ennen huolissaan akkujen nopeasta hajoamisesta uudelleenlatauksen jäljiltä, mutta tämä ongelma vaikuttaa nyt ratkeavan näiden mikroskooppisten elektrodien suunnittelun parannusten ansiosta.
Lämmön hallinta on tullut oleelliseksi tekijäksi litiumakkujen turvallisessa käytössä ongelmien välttämiseksi. Viimeaikaiset kehitykset lämpöteknologiassa pyrkivät pääasiassa vähentämään liiallisen lämpenemisen aiheuttamia vaaroja ja tulipaloja, jotka voivat syntyä, jos lämpötila nousee liian korkeaksi. Uudet jäähdytysmenetelmät toimivat tehokkaasti sekä sähköautoissa että suurissa energiavarastointijärjestelmissä estämällä niin kutsuttua termistä hallitsemattomuutta, jolloin akut alkavat lämmetä hallitsemattomasti. Kun yritykset asentavat näitä lämmönhallintajärjestelmiä, akkujen käyttäjät luottavat niihin enemmän, mikä edistää niiden käyttöönottoa eri sektoreilla. Tämän seurauksena litiumakkujen käyttöä on laajennettu muun muassa verkkosäiliöistä aurinkosähkövarajärjestelmiin asti, mikä osoittaa niiden merkityksen teknologian kehittymisessä tulevaisuudessa.
Litiumparistot ovat tulleet erittäin tärkeiksi komponenteiksi nykyaikaisissa aurinkoenergian varastointijärjestelmissä, joiden avulla voidaan hyödyntää uusiutuvaa sähköä tehokkaammin. Auringonenergian varastointijärjestelmät toimivat periaatteessa tallentamalla auringonvalon energian, jotta kotitaloudet voivat saada sähköä myös silloin, kun aurinko ei paista yhtä kirkkaasti. Mitä litiumparistoja erottaa? Ne kestävät monia latausjaksoja ja toimivat tehokkaasti, minkä ansiosta niitä käytetään yhä useammin esimerkiksi takapihan aurinkopaneeleissa ja suurissa teollisuuslaitoksissa. Viimeaikaiset trendit osoittavat, että yhä useampi siirtyy litiumpohjaisiin varastointiratkaisuihin. Toimialan ennusteet ennustavat, että tämä sektori tuottaa valtavia tuloksia, jotka saavuttavat miljardien dollarin luokan keskivaiheen seuraavalla vuosikymmenellä. Kaikki nämä luvut viittaavat yhteen asiaan selkeästi – litiumparistot vaikuttavat hallitsevan energian varastoinnin tulevaisuudessa.
Litiumiakkujen pieni koko muuttaa sitä, mitä ihmiset voivat tehdä ilman sähköverkkoa, erityisesti kun mennään retkeilemään tai tarvitaan varavirtaa hätätilanteissa. Nykyään saatavilla oleviin kannettaviin sähköasemiin kuuluu älykkäitä järjestelmiä, jotka pitävät akkujen toiminnan pitkään hyvänä säilyttäen samalla hyvän suorituskyvyn. Yhä useampi ihminen haluaa kevyitä ja tehokkaita vaihtoehtoja, mikä johtaa kannettavien sähköasemien markkinoiden nopeaan kasvuun. Markkinatutkimukset osoittavat, että kyseessä ei ole vain ohimenevä muoti. Nämä laitteet vaikuttavat siihen, että suuri osa off-grid-markkinasta siirtyy niihin. Ne ovat todella muuttuneet välttämättömiksi työkaluiksi, olipa kyseessä viikonloppuretki tai odottamaton tilanteen kotona.
Kiinteäolomuodossa olevat akut saattavat muuttaa kaiken litiumteknologiaan liittyvän, koska niillä on useita suuria etuja, kuten parempi turvallisuus ja huomattavasti korkeampi energiatiheys. Pääasiallinen ero tavallisiin akkuihin on niiden elektrolyyttimateriaassa. Näissä uusissa akkuissa nestemäisten ja syttyvien elektrolyyttien sijaan käytetään kiinteitä elektrolyyttejä, jotka tekevät tulipaloista huomattavasti epätodennäköisempiä – jokin, mitä kaikki akkujen parissa työskentelevät ovat halunneet jo kauan. Useimpien asiantuntijoiden mukaan näitä akkuja nähdään varmasti myymäläkoneissa noin vuonna 2030, mahdollisesti aiemminkin, jos asiat etenevät hyvin. Suuret yritykset sijoittavat jo vakavasti tämän teknologian kehitykseen, ja laboratoriot ympäri maailmaa kilpailevat löytääkseen tehokkaita sarjatuotantomenetelmiä.
Litiumiakkutekniikan tulevaisuus riippuu pitkälti paremmista kierrätysmenetelmistä, jotka toimivat ympyräotalouden viitekehyksessä. Kun puhutaan jätteen vähentämisestä ja samalla arvokkaiden metallien talteenottamisesta vanhoista akista, tällainen innovaatio on erityisen tärkeää vihreiden ratkaisujen säilyttämiseksi. Joitain uusia lähestymistapoja käytetään nykyään hyödyntämään noin 95 % litiumista ja koboltista, jotka otetaan talteen käytetyistä soluista. Tällainen talteenottoprosentti on melko vaikuttava, kun sitä verrataan siihen, mitä oli mahdollista vain muutama vuosi sitten. Kun hallitukset kiristävät sääntelyä hiilijalanjälkien ja sähköisen romun osalta, monet valmistajat sijoittavat runsaasti seuraavan sukupolven kierrätysjärjestelmiin. Näillä investoinneilla autetaan yrityksiä täyttämään sääntelyvaatimukset ja tekemään järkevämpiä päätöksiä raaka-aineiden käsittelyyn liittyen pitkäaikaisesti.
