Sähköauto laturi

Uusi lataustekniikka voi pidentää litiumioniakun käyttöikää huomattavasti

Uusien akkujen kehittämisen sijaan kannattaa käyttää tehokkaammin jo olemassa olevia akkuja, toteaa yhdysvaltalainen tutkijaryhmä. Sen kehittämä lataustekniikka pidentää nykyakkujen käyttöikää 20 prosenttia.

Uusien akkujen kehittämisen sijaan kannattaa käyttää tehokkaammin jo olemassa olevia akkuja, toteaa yhdysvaltalainen tutkijaryhmä. Sen kehittämä lataustekniikka pidentää nykyakkujen käyttöikää 20 prosenttia.

Shutterstock

Litiumioniakkuja on kaikkialla. Ne antavat virtaa niin kännyköille ja kannettaville tietokoneille kuin lennokeille ja sähköautoillekin.

Litiumioniakun vahvuuksia ovat keveys, hyvä energiatiheys ja kyky kestää monia latauskertoja. Se on nykyisistä akkutyypeistä yleisin kannettavissa laitteissa.

Vaikka koko ajan kehitellään uusia litiumioniakkuja, jotka kestävät entistä pidempään ja joiden lataaminen sujuu nopeammin, yhdysvaltalaisen Stanfordin yliopiston tutkijaryhmä keskittyy parantamaan olemassa olevia akkuja.

Ryhmä on tutkinut ennen kaikkea akkujen latausmenetelmää. Tutkimustulokset on julkaistu IEEE Transactions on Control Systems Technology -tiedejulkaisussa.

Heikoin kenno määrää

Litiumioniakun käyttöikään vaikuttavat monet seikat, muun muassa lämpötila, kuluminen ja latauskertojen määrä – varsinkin, kun lataaminen tapahtuu nopeasti.

Yhdysvaltalaistutkijat tarkastelivat litiumioniakkuja, joissa on useasta kennosta koostuva akkumoduuli.

Litiumioniakku

Jo vähän ikääntynyt Vartan valmistama litiumioniakkumalli. Ulospäin akku näyttää yhdeltä kokonaisuudelta, mutta se koostuu useasta kennosta, joista jokainen kuluu eri tahtiin. Stanfordin yliopiston tutkimuksen mukaan paras käyttöikä saadaan, kun kukin kenno ladataan erikseen.

© Claus Ableiter/Wikimedia Commons

Moduulin kennoista osa voi kestää muita pidempään. Joissakin kennoissa taas voi olla valmistusvikoja, jotka lyhentävät niiden käyttöikää.

Kennojen toimintakykyä voi heikentää myös altistuminen korkeille lämpötiloille tai suuri latauskertojen määrä.

Litiumioniakku ei voi olla parempi kuin sen heikoin kenno. Huono kenno heikentää koko akkumoduulin toimintaa.

Kun esimerkiksi sähköauton akkua ladataan nykytekniikalla, kaikki akkumoduulin kennot latautuvat yhtä aikaa. Seurauksena voi olla se, että osa kennoista latautuu epätarkoituksenmukaisesti ja siksi kuluu tarpeettoman nopeasti.

Toisaalta akussa voi olla vielä monta hyvin toimivaa kennoa, kun akku kokonaisuutena tulee käyttöikänsä päähän.

Tietokonemallinnus löysi ratkaisun

Stanfordin yliopiston tutkijaryhmä lähti etsimään optimaalista latausmenetelmää selvittämällä ensin, mitä litiumioniakussa oikeasti tapahtuu, kun sitä käytetään pitkän aikaa.

Tutkijat kehittivät tietokonemallin, joka jäljittelee akussa sen käyttöiän eri vaiheissa – ensimmäisistä sekunneista ja minuuteista kuukausiin ja vuosiin – tapahtuvia fyysisiä ja kemiallisia muutoksia.

Tietokonemallin avulla voitiin myös jäljitellä tilanteita, jotka rasittavat akun kennoja.

Tuloksena oli yksityiskohtainen kuva akun kulumiseen vaikuttavista tekijöistä. Osa niistä oli tutkijoille aivan uusia.

Ensimmäiset johtopäätökset voitiin tehdä jo ensimmäisten tietokonemallinnusajojen jälkeen. Ilmeni, että akku kestää nykyistä kauemmin, kun akkumoduulin jokainen kenno ladataan erikseen sen sijaan, että kaikki kennot ladataan yhtä aikaa.

Jokainen akun kenno pitää siis ladata eri nopeudella. Akun kulumista voidaan vähentää ohjaamalla aktiivisesti kuhunkin kennoon johdettavan sähkövirran määrää.

Tutkijaryhmän kehittämä uusi latausmenetelmä voi pidentää litiumioniakkujen käyttöikää jopa 20 prosenttia.

Tutkijaryhmä on laatinut tulostensa pohjalta ohjeen, miten esimerkiksi sähköautonvalmistajat voivat parantaa nykyisten akkujensa lataustekniikkaa.

Tutkijoiden mukaan latausmenetelmää voidaan käyttää erilaisiin litiumioniakkuihin – käytetään niissä sitten kännyköissä, sähköjunissa tai lennokeissa.