Kiinteän olomuodon akut, tunnettuna myös solid-state-akkuina, ovat pitkään olleet sähköautojen ”pyhää Graalia” monien mielestä. Niiden odotetaan ratkaisevan kerralla sähköautoihin liittyvät merkittävimmät haasteet: hitaat latausajat, rajalliset kantomatkat ja turvallisuusriskit. Siitä huolimatta alan suuryritykset, kuten Toyota ja BMW, ovat vuosikymmenten panostuksista sekä miljardien eurojen tutkimustöistä huolimatta jääneet takuulla niin kutsuttuun ”kehityshelvettiin”. Massatuotannon esteet ovat olleet perustavanlaatuisia haasteita, kuten dendriittien muodostuminen, herkkyys lämpötiloille ja valmistusprosessien monimutkaisuus.
Siksi uutinen oli todella merkittävä, kun pieni suomalainen teknologiayritys Donut Lab ilmoitti saavuttaneensa sen, missä monet muut olivat epäonnistuneet. Yhtiö ilmoitti tuovansa markkinoille ensimmäisen ajoneuvonsa, Verge TS Pro -moottoripyörän, joka on varustettu tuotantovalmiilla solid-state-teknologialla. Toimitusten on määrä alkaa tulevina kuukausina.
Väitteet ovat niin rohkeita, että ne haastavat fysiikan peruslakeja ja herättävät kysymyksen: mitä Imatralla on todella keksitty?
Neljä yllättävää faktaa suomalaisesta akkuihmeestä
1. Lupaukset ovat lähes uskomattomia
Donut Labin esittelemät tekniset tiedot eivät ole vain parannus nykyiseen teknologiaan, vaan ne ovat täydellinen mullistus. Jos luvut pitävät paikkansa, ne ratkaisevat käytännössä kaikki nykyisten litiumioniakkujen ongelmat.
- Energiatiheys: 400 Wh/kg. Vertailun vuoksi perinteisen litiumioniakun energiatiheys on tyypillisesti 230–300 Wh/kg. Tämä mahdollistaisi merkittävästi pidemmän toimintamatkan tai kevyemmän ajoneuvon.
- Latausnopeus: 0–100 % alle 5 minuutissa. Eikä tässä kaikki: yhtiön mukaan latausta ei tarvitse rajoittaa tuttuun 80 prosenttiin, vaan akun voi ladata huoletta täyteen huippunopeudella.
- Elinkaari: Jopa 100 000 lataussykliä. Nykyiset sähköautojen akut kestävät noin 2 000–3 000 sykliä. 100 000 sykliä tarkoittaisi, että akku olisi ajoneuvon käyttöprofiililla käytännössä ikuinen.
- Turvallisuus ja kestävyys: Akku on täysin paloturvallinen, eikä se syty edes lävistettäessä. Lisäksi se säilyttää yli 99 % kapasiteetistaan äärilämpötiloissa (-30 °C – +100 °C), mikä on nykyakuille täysin mahdotonta.
2. Pieni startup ohitti miljardien jättiläiset – miten se on mahdollista?
Väitteiden merkittävyys on saanut aikaan laajaa epäilyä alalla. Kuinka on mahdollista, että alan suurimmat yritykset ovat kamppailleet näiden samojen haasteiden parissa niin pitkään? Vastauksen ydin on yrityksen rakenteessa: Donut Lab toimii moottoripyörävalmistaja Verge Motorcyclesin teknologiasektorina ja on tehnyt strategisen investoinnin teknologian kehittäneeseen Nordic Nano Groupiin (NNG). Kyseessä ei ole mikään tavallinen startup, vaan kokonaisvaltainen ekosysteemi, joka on pystysuorasti integroitu. Tämä selittää sen, miksi yrityksellä oli ”ensimmäinen asiakas” heti valmiina.
Taustalla on Donut Labille tuttu lähestymistapa. Yhtiö tunnettiin aiemmin sen vanteeseen integroimasta ”donitsimoottorista”, joka aluksi herätti kysymyksiä, mutta on nykyään laajalti hyväksytty uutena innovaationa.
Kuitenkin asiantuntijat ylläpitävät yhä epäilyksensä. Seinäjoen ammattikorkeakoulun akkulaboratorion johtaja Juho Heiska, joka tunnetaan myös nimellä ”Akkutohtori”, on yksi niistä, jotka kyseenalaistavat tämän väitteen luotettavuuden. Hänen mielestään erityisesti akun elinkaariluvut herättävät hämmennystä.
– 100 000 sykliä… tuo luku vaikuttaa niin epätodennäköiseltä, että miksi siinä on yksi ylimääräinen nolla? He olisivat voineet aivan hyvin todeta, että kyseessä on 10 000 sykliä. Se luku olisi silti ollut niin järjetön, että sen merkitys olisi ollut todella mullistava.
Heiskan tekniset havainnot ovat vieläkin valaisevampia. Hän huomioi esittelyvideolla esitetyssä latausmenetelmässä, että kennoa ladattiin suoraan 4,2 voltin vakiojännitteellä. Tämä ei ole oikea tapa ladata litiumioniakkuja. Myös videolla olevat kaapelit näyttivät selkeästi olevan liian pieniä väitetylle 270 ampeerin virralle.
3. Ratkaisu piilee siinä, ettei kyseessä ehkä olekaan ”akku”
Artikkelin suurin paljastus saattaa piillä teknologiassa itsessään. Juho Heiska esitti myöhemmin teorian, joka voisi selittää Donut Labin hurjat väitteet: kyseessä ei ehkä olekaan perinteiseen litiumionitekniikkaan perustuva akku, vaan jonkinlainen superkondensaattori. Tarkemmin sanottuna Nordic Nano Groupin kehittämä sähköstaattinen bipolaarinen kondensaattori (Electrostatic Bipolar Capacitor).
Tämä teoria muuttaa kaiken. Akun ja kondensaattorin toimintaperiaatteissa on perustavanlaatuinen ero:
- Perinteinen akku varastoi energiaa kemiallisiin reaktioihin. Nämä reaktiot kuluttavat ja vanhentavat akun materiaaleja jokaisella lataus- ja purkukerralla.
- Kondensaattori varastoi energian suoraan sähkökenttään. Koska vastaavaa kulumista aiheuttavaa kemiallista reaktiota ei tapahdu, sen kestoikä on huomattavasti pidempi.
Tämä voisi mainiosti valottaa väitteitä lähes ikuisesta kestävyydestä (100 000 sykliä) ja erittäin nopeasta lataamisesta. Suurin epäselvyys on kuitenkin ollut kondensaattorien perinteinen alhainen energiatiheys. Tässä on todellinen innovaatio: NNG:n teknologia hyödyntää bipolaari-muotoa, jossa sama levy toimii anodina yhdeltä puolelta ja katodina toiselta puolelta. Tämä ratkaisu säästää merkittävästi tilaa ja painoa, mikä puolestaan mahdollistaa energiatiheyden nostamisen ennennäkemättömään 400 Wh/kg tasoon.
4. Termi ”solid-state” on joka tapauksessa menettämässä merkitystään
Keskustelu Donut Labin teknologian luonteenpiirteistä ”oikeana” solid-state-akkuena on osa laajempaa ilmiötä. Teknologiatoimittaja Matt Ferrell mainitsee videollaan, että termi ”solid-state-akku” on muuttunut epäselväksi markkinointitermeiksi, joilla ei ole enää tarkkaa määritelmää.
Keskustelu ulottuu täysin kiinteisiin akkuihin (All-Solid-State Battery, ASSB), osittain kiinteisiin (semi-solid) sekä lähes kiinteisiin (quasi-solid) akkujen muotoihin. Yhteisiä standardeja kuitenkaan ei ole olemassa. Ferrell tekee oivan vertauksen: tilanne on kuin jäätelön ja vaikkapa maitopohjaisen pakasteherkun vertaaminen. Vaikka ulkoisesti ne vaikuttavat samankaltaisilta, niiden rakenne voi olla aivan toisenlainen, joten nimitys saattaa hämätä.
Kuluttajalle teknisellä terminologialla ei ole lopulta merkitystä. Käyttäjäkokemus on avaintekijä: latautuuko akku nopeammin, tarjoaako se pidemmän käyttöajan ja onko se turvallinen? Jos teknologia täyttää odotukset, sen nimi ei ole niin tärkeä.
Mullistus eri paketissa?
Suomalainen Donut Lab on tuonut esiin teknologian, jonka mahdollisuudet ovat todella merkittäviä. Analyysi osoittaa selvästi, että kyseessä ei ole tavallinen kiinteäakku, vaan täysin erilainen läpimurto: superkondensaattori, jonka energiatiheys on nostettu akkujen tasolle. Tämä ei vähennä keksinnön merkitystä, vaan tekee siitä erityislaatuisen tieteellisen edistysaskeleen – mullistuksen materiaalitieteessä ja kondensaattoritekniikassa, eikä niinkään sähkökemiassa.
Onko Donut Labin innovaatio se kauan odotettu läpimurto, vaikka se on eri muodossa kuin mitä olimme kuvitelleet? Todennäköisesti kyllä, ainakin kokeellisissa olosuhteissa. Kuitenkin todellinen haaste on sama, joka on vaivannut akkuteollisuutta pitkään: suurimittakaavainen tuotanto. Vaikka teknologia olisi kuinka kehittynyttä, haasteena on sen kustannustehokas skaalaaminen miljooniin yksiköihin. Tulevaisuus näyttää, onko suomalainen startup onnistunut ratkaisemaan vain osan ongelmasta vai kenties selvinnyt koko kehitysprosessista.
