Miksi litiumioni-alkuvarausakkuja ei käytetä laajasti?

Kun puhumme auton akkuista, ymmärretään, että tarkoitamme käynnistysakkuja, eli niitä keskeisiä osia, jotka auttavat käynnistämään ja tuottamaan virtaa vanhoihin hyviihin sisäsytytteisiin moottoriajoneuvoihin. Nämä ovat lisäksi suurta vetovoima-akkua, jota sähköautot käyttävät sekä matkoihin että tehon tuottamiseen. Vaikka litiumioni-teknologiaa käytetään yhä useammin laajalla sovellusalueella, se on kuitenkin melko harvinaista juuri auton käynnistysakkuissa. Tässä artikkelissa tarkastellaan kokonaiskuvaa tämän takana, ja tutkitaan teknologisia, taloudellisia ja logistiikkakysymyksiä, jotka ovat estäneet litiumioni-akkujen yleisen käytön tällä alueella.

Mitä käynnistysakut tekevät?

Moottoriajoneuvoissa käytettävät käynnistysparistot on suunniteltu tuottamaan lyhyen tehonpurkauksen, joka riittää juuri ja juuri moottorin käynnistämiseen ja sytytykseen. Niiden on myös pystyttävä toimimaan parhaalla mahdollisella tasolla sääolosuhteista huolimatta – olipa kyse sitten pakkasella jäätävistä talvista tai hellettä aiheuttavista kesistä – sekä yhdistyä ajoneuvon elektroniikkaan harmonisesti. Moottorin käynnistys, toisin kuin sähköautojen akut, jotka on huolellisesti optimoitu energiatiheyden (pitkän kantaman autot) varalta, edellyttää täysin erilaisia ominaisuuksia: tehontiheyttä ja pitkää kestoa korkean tehon sykleissä. Tämä seikka on merkittävä, koska se asettaa vertailuperusteen, jonka vastaiseksi kaikkia muita akkuteknologioita arvioidaan, kun niitä pyritään käyttämään tähän tarkoitukseen. Litiumioniakkuja koskeva teknologia on yleisesti ottaen kypsää, mutta törmää heti joukkoon ongelmia, kun sitä yritetään soveltaa näihin käyttötarkoituksiin, mistä käsittelemme seuraavissa osioissa.

Tekniset ja suorituskykyyn liittyvät rajoitukset

Litiumioniakku on käytössä, ja sen jälkeen perinteinen lyijy-happoakku, jonka energiatiheys on korkeampi ja paino kevyempi. Monille sovelluksille nämä edut eivät kuitenkaan ole yhtä merkityksellisiä. Toinen kysymys on niiden suorituskyky kylmässä ja kuumaissa lämpötiloissa. Kylmässä ilmastossa litiumionisolut voivat olla ongelmallisia, koska ne tarjoavat vain tietyn määrän käynnistysampeereita, mikä ei välttämättä riitä ajoneuvon käynnistykseen. Sen sijaan lyijy-happoakut ovat myös vahvoja tällaisissa olosuhteissa, ja ne pystyvät aina tarjoamaan virtaa, vaikka olisi kylmä. Lisäksi edellä mainittu litiumioniakku vaatii monimutkaisen ylilatauksen estävän jännitemittauksen ja/tai purkautumisen estäviä laitteita latauksen yhteydessä ajoneuvossa, jossa sellaista ei ole totuttu käyttämään, esimerkiksi koska kyseinen ajoneuvo vaatii paljon yksinkertaisempia lyijy-happoakkujen tarkkailulaitteita. Litiumioniakkujen tilaa on myös tarkkailtava ja hallittava tiiviisti, muuten ne voivat vaurioitua tai tuhoutua, mikä lisää vielä enemmän monimutkaisuutta ja kustannuksia.

Taloudelliset ja turvallisuuteen liittyvät huolenaiheet

Hinta on toinen ongelma litium-ionille käynnistysakkuna. Niiden tuotanto on merkittävästi kalliimpaa kuin lyijy-hapon akkuja, joilla on hyötynyt vuosikymmenten mittaisesta kehittämisestä ja skaalatuista tuotantotalouksista. Mutta jo tällä hinnalla lyijy-happoakut ovat vain juuri ja juuri riittävän hyviä suurimmalle osalle loppukäyttäjille ja tuottajille. Turvallisuus on toinen keskeinen tekijä. Litium-ion-akku voi olla vaarallinen tai ei välttämättä turvallinen, jos akku vaurioituu, kuumenee tai siinä tapahtuu oikosulku. Tämä on myös yksi syy siihen, miksi vaikkakin kaikki eivät ole turvallisia, lyijy-happoakut ovat turvallisempia/vakaimpia raskas käyttö (autoteollisuus). Näistä syistä litium-ion-akut soveltuvat huonosti suurtilaukseen käynnistysakkuihin taloudellisesti ja turvallisuuden kannalta.

Lyijy-happoakkujen yleisyys

On syytä, että lyijy-happi-akku on ollut yli 100 vuoden ajan autoteollisuuden käynnistysjärjestelmän keskeinen osa. Ne ovat erittäin luotettavia ja voivat toimittaa moottorin käynnistykseen tarvittavan suuren virran ilman vakavaa heikkenemistä purkautuessa. Lisäksi teknologia on kypsää; sillä on jo olemassa valmistus- ja kierrätysprosessit, jotka palauttavat suurimman osan materiaaleista takaisin kiertoon, mikä tutkimusten mukaan tekee siitä kestävän ratkaisun. Tähän liittyy myös se, että lyijy-happi-akut sopivat olemassa oleviin ajoneuvokonsepteihin ja osoittautuvat sellaiseksi, joka ei vaadi merkittäviä järjestelmämuutoksia esimerkiksi latausasemissa tai sähköinfrastruktuurissa. Tietenkin niiden helppo integrointi muihin teknologioihin ja tehtaisiin yhdessä alhaisen hinnan kanssa tekee niistä ilmeisen valinnan. Ydin on siinä, että autoteollisuus ei juuri hyötyisi siirtymisestä litiumioniakkuun käynnistykseen, varsinkin kun vakiintunut lyijy-happi-teknologia tarjoaa kuluttajille rauhan mielen.

Tulevaisuudennäkymät ja teollisuustrendit

Tulevaisuudessa tilanne saattaa muuttua aloitusakkuille, mutta odotetaan, että nämä muutokset ovat vain marginaalisia. Näitä rajoituksia on kuitenkin yhä helpompi hallita litiumioniakkutekniikan edistymisen myötä, mukaan lukien erilaisten litiumrautafosfaatin johdannaisten parannukset, jotka tekevät niistä turvallisempia ja/tai kustannustehokkaampia. Teknologian pitäisi kuitenkin kehittyä, ja alan käytännöissä sekä kuluttajien asenteissa pitäisi tapahtua sopeutumista, sanovat alan tarkkailijat. Kun ajoneuvot saavat yhä enemmän elektronisia ominaisuuksia ja siirtyvät kohti hybridisointia, kysyntä aloitusakuille saattaa muuttua, mikä voi mahdollistaa litiumioniteknologian hyödyntämisen. Lyhyellä tähtäimellä lyijy-happi-akut säilyttävät johtavan asemansa, koska niillä on vakiintunut infrastruktuuri ja ne tarjoavat taloudellisia etuja. Siirtyminen uusiin teknologioihin tulee olemaan sekoitus luovuutta ja toiminnallista tarvetta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että litiumioniakut eivät ole yleisiä startti-stop-järjestelmissä suorituskyvyn rajoitusten ja kustannusvaikutusten, turvallisuusnäkökohtien sekä lyijy-hapon vakiintuneen teknologian vuoksi. Litiumioni on lupaava tekniikka muissa sovelluksissa, mutta sitä ei ole vielä juurikaan hyödynnetty perinteisessä auton käynnistyksessä. Nämä lähtökohdat selittävät, miksi innovaatioita kehitetään edelleen muilla aloilla, kun taas kokeiltuja ja testattuja ratkaisuja pidetään ajoneuvoteollisuuden kannalta tärkeinä.