Kuukausi: joulukuu 2020

Litiumioniakkujen määrä on kasvanut valtavasti viime vuosikymmenten aikana, ja kasvun on edelleen ennustettu jatkuvan tulevaisuudessa. Haastena kestävyyden näkökulmasta ovat litium-malmien louhinnan ja jatkojalostuksen hiilidioksidipäästöt ja ympäristöhaitat. Niinpä niiden kestävän tuotannon takaaminen on tärkeää.

Litiumioniakkujen ympäristöystävällisyyttä on jo pyritty parantamaan useilla erilaisilla tekniikoilla. Elektrodien valmistusporsessissa käytettäviä haitallisia liuottimia on pyritty korvaamaan, tai jos se ei ole onnistunut, niiden käyttöä on yritetty vähentää. Myös ympäristölle haitallisia elektrodikemikaaleja on pyritty korvaamaan ympäristöystävällisimmillä kemikaaleilla, esim. LiFePO₄:llä. Akkumetallien kierrätystä on tutkittu myös paljon, esimerkiksi juuri CloseLoop-projektissa.

Litiumioniakkujen ympäristöystävällisyyttä voi parantaa myös pidentämällä niiden elinikää. Mitä kauemmin akku toimii, sitä harvemmin se täytyy vaihtaa, ja sitä vähemmän luonnonvaroja se kuluttaa.

Nykypäivänä tyypillisen matkapuhelimen akun elinikä on 500-1000 sykliä. Syklillä tarkoitetaan että akun voi purkaa tyhjäksi ja ladata täyteen näin monta kertaa. Tämän jälkeen akun kapasiteetti on laskenut alle 80 % alkuperäisestä. Akkua voi kyllä käyttää vielä tämän 80% alittamisen jälkeen, mutta kapasiteetin heiketessä akkua pitää ladata yhä tiheämmin.

Yksi tavallisimpia ikääntymisen syitä on elektrolyytin reagointi elektrodeilla. Erityisen suuri ongelma tämä on hiilipohjaisilla elektrodeilla, joilla elektrolyytti reagoi muodostaen elektrodin päälle erilaisista litiumin yhdisteistä koostuvan SEI-kerroksen (solid electrolyte interface).

Muutaman ensimmäisen lataus-purku-syklin jälkeen kerroksen kasvu tasaantuu, mutta ei koskaan lakkaa, ja kierron jatkuessa pitkään kerros sekä kasvattaa kennon impedanssia, että kuluttaa litiumia. Vastaavia, tosin useimmiten ohuempia, kerroksia syntyy myös muilla elektrodeilla. Näihin pyritään tyypillisesti vaikuttamaan erilaisilla lisäaineilla.

Myös monet muut seikat vaikuttavat litiumioniakkujen ikääntymiseen. Akun säilytys- ja käyttölämpötilat vaikuttavat siihen selvästi. Esimerkiksi jo hieman yli 30 °C:n lämpötilat nopeuttavat ikääntymistä verrattuna huoneenlämpöön. Myös akun valmistajan määrittämät lataus- ja purkuvirrat vaikuttavat elinikään.

Yksi parhaista tavoista hidastaa prosessia on madaltaa latauksen ja nostaa purun katkaisujännitettä. Tällöin akkua ei ladata täyteen tai pureta tyhjäksi, joten akusta saatu kapasiteetti pienenee, mutta elinikä kasvaa.

Yllä mainitut seikat liittyvät selvästi akun käyttöön. Myös materiaalikehityksessä yritetään löytää mahdollisimman pitkäikäisiä materiaaleja. Tutkimustyössä selvitetään muun muassa materiaalien ikääntymismekanismeja, ja mietitään miten mekanismeja saa hidastettua tai estettyä.

Keinoja löytyy esimerkiksi elektrolyyttien lisäaineista, elektrodimateriaalien seostamisesta tai elektrodin morfologiasta. Vaikka monia ratkaisuja löytyy, vain harvoin sama ratkaisu toimii samanlaisena usealle eri akkumateriaalille. Näin ollen uusia vaihtoehtoja tutkitaan jatkuvasti.

Effective reuse, remanufacturing and recycling of non-renewable material resources is a critical area for research in a world climate change and increasing resource-scarcity.

In Circular Economy (CE) closing the material loops starts from the material design and detailed analysis of the materials and products during their life cycle. High-added-value materials needed for ICT, transportation and renewable energy applications are often complex hybrid materials of metals/plastic composites primarily designed for high performance, rather than for easy recovery and reuse.

The CloseLoop research project took a multi-disciplinary approach towards closing the loops of high-added-value materials in the secondary circle of the materials flow. The project combined social studies on consumer behaviour, public acceptance and effective policy measures with high-level material design and life cycle design.

The consortium partners from Aalto University, VTT and the University of Helsinki bring in expertise on technical innovations, business models and societal behavior. In addition to the scientific findings and key enabling technologies to be developed, they will transfer the new knowledge gained to the relevant current and potential industrial actors, as well as turn it into easily usable information for decision makers and the general public in order speed up the transition to circular economy.

The project is part of the programme ‘A Climate-Neutral and Resource-Scarce Finland’. The CloseLoop project received funding from Strategic Research Council.

The project has ended and this page will no longer be updated.

Suomen kunnianhimoinen tavoite hiilineutraaliudesta jo vuonna 2035 edellyttää raaka-aineiden kulutuksen ja päästöjen vähentämistä yhteiskunnan kaikilla sektoreilla. Kiertotalous on osa ratkaisua, sillä sen avulla rajalliset resurssit saadaan hyödynnettyä yhä tarkemmin.

CloseLoop oli Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston Kuluttajatutkimuskeskuksen ja VTT:n hanke jossa keskityttiin korkean jalostusarvon teknologioiden materiaalivirtoihin ja niiden tehostamiseen. Tutkimuksen kohdteena olivat suljettujen materiaalikiertojen teknologiat, kiertotalouden liiketoimintamallit ja kuluttajien toiminta tässä ekosysteemissä.

Tavoitteena oli tehdä kiertotalouteen liittyvästä osaamisesta yksi Suomen taloudellisista keihäänkärjistä. CloseLoop oli osa Suomen akatemian Ilmastoneutraali ja resurssiniukka Suomi-ohjelmaa. Hanke sai rahoitusta Strategisen tutkimuksen neuvostolta.

Hanke päättyi vuoteen 2019, eikä tätä sivustoa enää päivitetä sen osalta.