Kuorma-autot
Kuorma-autot
Viime vuosina akkuteknologian parannukset ovat lisänneet sähköistä liikennettä. Mutta mitkä ovat alan seuraavat suuret trendit ja innovaatiot, ja mitä ne tarkoittavat raskaiden kuorma-autojen kannalta?
Akut ovat sähköautojen ydin, ja jokainen parannus – olipa kyseessä sitten suorituskyky, hinta tai luotettavuus – vauhdittaa siirtymistä sähköisiin kuljetuksiin. Suhteellisen lyhyessä ajassa on jo tapahtunut huomattavaa edistystä.
Ensimmäiset kaupalliset litiumioniakut julkaistiin vuonna 1991, mutta niiden hinta ja kapasiteetti rajoittivat niiden käytön kulutuselektroniikassa. Tilanne kuitenkin muuttui nopeasti, kun niiden hinta putosi, jolloin niistä tuli pian varteenotettava vaihtoehto henkilöautoihin ja myöhemmin raskaisiin kuorma-autoihin. Vuodesta 2010 lähtien kustannukset ovat laskeneet 1 400 dollarista kilowattitunnilta 140 dollariin kilowattitunnilta vuonna 2023 – 90 %.
Suurin läpimurto oli LCO (litiumkobolttioksidi) -akkujen keksiminen vuonna 1980 ja vallankumouksellinen periaate käyttää litiumia katodimateriaalina. Tämä kaksinkertaisti välittömästi olemassa olevien akkujen energiatiheyden. Siitä lähtien eri akkukemiat ovat kehittyneet jatkuvasti, mikä on johtanut energiakapasiteetin, käyttöiän, turvallisuuden ja suorituskyvyn parannuksiin.
Vuonna 2001 kehitettiin NMC (nikkeli-mangaani-koboltti) -akut, joista tuli nopeasti suosittuja autoteollisuudessa, koska ne tuottavat paljon korkeamman energiatiheyden ja hyvän lämpövakavuuden. Nyt kuitenkin LFP-akut (litiumrautafosfaatti) alkavat hallita alaa. Niiden energiatiheys on pienempi kuin NMC-akkujen, mutta niiden etuja ovat parempi turvallisuus, pitempi käyttöikä, alhaisemmat kustannukset ja vähäisemmät ympäristövaikutukset.
Kehitteillä on paljon uusia teknologioita: energiatiheyden lisäämisen osalta litiumpolymeeriakkuihin kohdistuu suuria toiveita. Tämä tarkoittaa nestemäisen elektrolyytin korvaamista kiinteillä materiaaleilla, kuten keramiikalla tai kiinteillä polymeereillä, jolloin voidaan varastoida enemmän energiaa entistä pienempään ja kevyempään akkuun. Sähkökuorma-autojen osalta tämä pidentäisi toimintamatkoja. Kuitenkin, kun käytät kiinteitä elektrolyyttejä, akun ominaisvastus kasvaa nestemäiseen elektrolyyttiin verrattuna. Joten tällä hetkellä haasteita liittyy latausnopeuksiin ja suorituskyvyn heikkenemiseen ajan myötä. Tekniikka tarjoaa kuitenkin paljon potentiaalia litiumioniakkujen rajoitusten vähentämiseen, ja sitä kehitetään edelleen. Esimerkiksi Toyota aikoo aloittaa litiumpolymeeriakuilla varustettujen sähköautojen kaupallisen tuotannon vuoteen 2027 mennessä.
Toinen akkukehitystä ohjaava trendi on halvempien ja kestävämpien ratkaisujen tarve. Tähän liittyen natriumioniakut ovat lupaava vaihtoehto. Nykyään niiden energiatiheys on noin puolet litiumioniakun energiatiheydestä, mutta ne maksavat myös suunnilleen puolet vähemmän, joten tekniikka voisi olla hyvä vaihtoehto sovelluksissa, joissa energiankulutus on pienempi. Koska ne sisältävät natriumia, joka on yksi halvimmista ja helpoimmin saatavilla olevista materiaaleista planeetalla, niiden ympäristövaikutukset ovat paljon pienemmät kuin litiumioniakuilla.
Akut ovat sähköautojen ydin, ja jokainen parannus – olipa kyseessä sitten suorituskyky, hinta tai luotettavuus – vauhdittaa siirtymistä sähköisiin kuljetuksiin.
Suurin haaste on sähkökuorma-autojen kustannusten alentaminen, ja edullisempien akkujen kehitys auttaa siinä paljon. Mutta myös kuorma-autojen omistajien vaatimukset vaihtelevat sovellusten mukaan. Kaukokuljetusautoissa pyritään saavuttamaan sama joustavuus kuin diesel-kuorma-autossa. Pian on saatavilla sähkökuorma-autoja, joiden toimintasäde on jopa 600 km. Jos kuitenkin on tarpeen ajaa pitempiä matkoja, on usein pysähdyttävä lataamaan akkua päivän aikana: Se voi kestää jopa pari tuntia.
Uskon, että alalla tullaan näkemään jonkin verran monipuolistumista, jolloin käytetään erilaisia akkuteknologioita kuljetustehtävän mukaan. Ehkä natrium-ioni-akkuja käytetään yhä enemmän lyhyemmillä ajomatkoilla, joissa energiantarve on suhteellisen pieni, kuten kaupunkijakelussa. Lisäksi litiumpolymeeriakkuja käytetään sähkökäyttöisissä kaukokuljetusautoissa – olettaen, että teknologiassa tapahtuu läpimurto tulevaisuudessa.
Joka tapauksessa näiden teknologioiden intensiivinen tutkimus- ja kehitystyö on käynnissä. Eri puolilla maailmaa on monia toimijoita – mukaan lukien teknologiayritykset, teollisuusvalmistajat ja julkiset laitokset – jotka ovat panostaneet voimakkaasti akkuteknologian kehittämiseen ja parantamiseen. Tulossa ei välttämättä ole kvanttihyppyä – kuten ensimmäisen litium-kobolttioksidiakun osalta – mutta teknologia kehittyy ja paranee edelleen ajan kuluessa.
Saat lisätietoja sähkökuorma-autojen akuista lukemalla artikkelin Seitsemän yleistä myyttiä sähkökuorma-autojen akuista. Saat lisätietoja vanhojen akkujen uudelleenkäytöstä niiden ympäristövaikutusten vähentämiseksi lukemalla artikkelin Kuinka kuorma-autojen sähköakut saavat toisen elämän
Viime vuosikymmeninä on kehitetty ja kehittynyt erilaisia akkukemiöitä, joista jokaisella on omat ainutlaatuiset vahvuutensa ja heikkoutensa. Optimaalinen akku kullekin ajoneuvolle riippuu sen tarpeista ja käyttöolosuhteista. Seuraavassa on kuvattu kuusi tärkeintä tällä hetkellä käytettyä kemiallista koostumusta:
Englantilaisen kemistin John B. Goodenoughin tekemä läpimurtolöydös loi pohjan tulevalle litiumioniakkujen kehitykselle. Sen käyttöikä on kuitenkin suhteellisen lyhyt, ja alhainen lämpövakavuus on rajoittanut käytön henkilökohtaiseen elektroniikkaan. Korkea kobolttipitoisuus lisää myös kustannuksia ja ympäristövaikutuksia.
Energiakapasiteetti: 150-200 Wh/kg
Syklielinkaari: 500-1000 sykliä
Lämpöryntäys (lämpötila, jossa akkukennot saavuttavat hallitsemattoman, itsestään kuumenevan tilan ja aiheuttavat siten turvallisuusriskin): 150 °C
Vuonna 1996 kehitetyt LFP-akut tarjoavat paremman turvallisuuden ja lämmönkestävyyden LCO-akkuihin verrattuna sekä pidemmän elinkaaren. Ne ovat myös halvempia valmistaa ja ympäristölle parempia, koska ne eivät sisällä kobolttia. Vaikka niiden energiakapasiteetti on suhteellisen alhainen muihin kemiallisiin koostumuksiin verrattuna, niitä käytetään yhä enemmän sähköajoneuvoissa.
Energiakapasiteetti: 90-120 Wh/kg
Syklielinkaari: +2000
Lämpöryntäys: 270 °C
Ensimmäisen kerran vuonna 1996 myyntiin tuodut LMO-akut varmistavat hyvän lämpövakavuuden ja turvallisuuden. Lisäksi ne ovat edullisempia valmistaa ja niillä on vähemmän ympäristövaikutuksia kuin kobolttipohjaisilla akuilla. Ne tarjoavat korkean purkausnopeuden, mutta suhteellisen alhaisen energiatiheyden ja lyhyen elinkaaren. Tämä tekee niistä sopivia sähköautoihin, hybridiautoihin ja sähköpyöriin.
Energiakapasiteetti: 100-150 Wh/kg
Syklielinkaari: 300-700
Lämpöpako: 250 °C
Vuonna 2001 kehitetyt NMC-akut tarjoavat hyvän tasapainon energiatiheyden ja turvallisuuden välillä, mikä tekee niistä yleisimmän sähköajoneuvoteollisuudessa käytettävän akun nykyään. Niiden korkea energiatiheys merkitsee pidempiä toimintamatkoja ja tekee niistä sopivimman vaihtoehdon raskaille kuorma-autoille. Korkeiden tuotantokustannustensa ja ympäristövaikutustensa vuoksi autonvalmistajat käyttävät kuitenkin yhä enemmän halvempia LFP-akkuja niiden alhaisemmista energiatiheyksistä huolimatta.
Energiakapasiteetti: 150-220 Wh/kg
Syklielinkaari: 1000-2000
Lämpöpako: 210 °C
NCA-akut tarjoavat korkean energiatiheyden, pitkän käyttöiän ja erinomaiset pikalatausominaisuudet. Niihin liittyy kuitenkin suurempi lämpöryntäyksen riski, etenkin korkeissa lämpötiloissa tai ylilatauksen yhteydessä. Niitä käytetään joissakin korkean suorituskyvyn sähköajoneuvoissa, mutta käyttö on rajoitettua turvallisuussyistä.
Energiakapasiteetti: 200–260 Wh/kg
Syklielinkaari: 500
Lämpöpako: 150 °C
LTO-akut kuuluvat markkinoiden turvallisimpiin litiumioniakkuihin, ja niillä on erinomainen lämpövakavuus. Ne tarjoavat nopeat latausominaisuudet ja pitkän käyttöiän. Tämän ansiosta niistä on hyötyä sähköajoneuvoissa, jotka vaativat lyhyitä ja usein toistuvia latauksia, kuten joukkoliikenteessä. Niiden energiakapasiteetti on kuitenkin alhainen ja niiden valmistaminen on kallista.
Energiakapasiteetti: 50-80 Wh/kg
Syklielinkaari: 3000-7000
Lämpöpako: 280 °C
Lähteet: Battery University, Elements, Dragonfly, Flash Battery
