Litium on ollut sähköautojen ja akkuvarastojen ehdoton kuningas. Halvempaa ja yleisemmistä raaka-aineista valmistettavaa natriumioniakkua on pidetty pitkään lähinnä litiumin köyhempänä serkkuna. Saksalaisen RWTH Aachenin yliopiston tutkijat kuitenkin yllättyivät, kun he purkivat ja mittasivat kiinalaisen valmistajan kaupallisen natriumkennon: laadultaan ja rakenteeltaan se ylsi Teslan käyttämien litiumioniakkujen tasolle.
Mitä tutkittiin
Tutkijaryhmä otti tarkasteluun kiinalaisen HiNan valmistaman natriumioniakun, jollaisia on jo kaupallisessa käytössä. Kennoja tutkittiin muun muassa impedanssispektroskopialla ja röntgenkuvauksella, ja niitä verrattiin Teslan sähköautoissa käytettyyn litiumioniakkuun. Tarkkaa Tesla-kennomallia ei lähteissä yksilöidä.
Keskeinen havainto koski tasalaatuisuutta. Kun ryhmä mittasi 120 kennoa, niiden välinen sisäisen vastuksen vaihtelu oli vain noin 5,3 prosenttia. Se kertoo erittäin tarkasti hallitusta massatuotannosta – tasolla, joka on totuttu liittämään parhaisiin litiumkennoihin. Tutkijat yllättyivät juuri siitä, kuinka yhdenmukaisia kennot olivat.
Yllätyksen taustalla rakenne
Myös kennon insinöörityö herätti huomiota. Akussa oli niin sanottu nastaton (tabless) rakenne ja kaksoisalumiininen virrankerääjä, mikä pienentää sähköistä vastusta ja parantaa lämmön jakautumista. Tällaiset ratkaisut paransivat kennon tehonkestoa eri lämpötiloissa, ja akku toimi mittauksissa pakkasen –20 asteen ja +45 asteen välillä.
Natriumioniakun houkuttelevuus piilee raaka-aineissa. Natrium on litiumiin verrattuna huomattavasti yleisempää ja edullisempaa, eikä se vaadi samalla tavoin niukkoja metalleja. Se voi laskea akkujen hintaa ja pienentää toimitusketjun riskejä – seikkoja, jotka korostuvat, kun sähköautoja ja sähköverkon energiavarastoja rakennetaan yhä enemmän.
Rajoitteet eivät kadonneet
Tärkeää on erottaa tutkimustulos mahdollisesta hypestä. Tutkijat eivät väittäneet natriumin ohittaneen litiumia kokonaisuutena. Kyse oli ennen kaikkea valmistuslaadusta ja rakenteen kypsyydestä, ei siitä, että natrium olisi suorituskyvyltään litiumin ohi.
Kaksi tunnettua heikkoutta jää yhä jäljelle. Energiatiheys on matalampi kuin parhailla litiumkennoilla, mikä tarkoittaa samalla kapasiteetilla painavampaa ja tilaa vievämpää akkua – haitta etenkin pitkän matkan henkilöautoissa. Lisäksi lataaminen kovassa pakkasessa on yhä ongelmallista, vaikka kenno kestää kylmää purkautuessaan hyvin. Tutkijat pitivätkin natriumakkuja toistaiseksi sopivimpina kiinteisiin energiavarastoihin, sähköverkon palveluihin sekä lyhyemmän matkan ja hyötyajoneuvojen käyttöön.
Mitä tästä voi seurata
Löydös on merkittävä siksi, että se siirtää keskustelun teoriasta tuotantoon: kiinalainen natriumioniakku on jo nyt teollisesti niin tasalaatuinen, että se kestää vertailun litiumin parhaisiin. Jos valmistajat onnistuvat parantamaan energiatiheyttä ja kylmälatausta, natriumista voi tulla litiumille aidosti halvempi ja raaka-aineiltaan kestävämpi haastaja. Tutkimus julkaistiin tiedelehdessä Cell Reports Physical Science.
