“Akude areng on praegu erakordselt põnev.”

Professor Fichtner, akud on elektriauto kõige tähtsam osa. Milline aku on autode jaoks sobivaim?
Aku, mis suudab kombineerida parima energiamahutavuse, laadimiskiiruse, madala hinna, turvalisuse ja jätkusuutlikkuse – seda kõike lähtuvalt sõidukist ja selle otstarbest.

Luksusklassis loeb rohkem pikk sõiduulatus. Kompaktautode seas saab määravaks akude hind, samas kui energiamahutavus ei ole samavõrd oluline.

Elektriautos (EV) on aku jaoks piiratud hulgal ruumi. Kuidas saaks teha nii, et aku ei suurene, kuid suudab mahutada rohkem energiat?
Mõned tootjad töötavad niinimetatud elementidest akupaki või elementidest kere lahendustega, kus akupakid ei moodustu enam šokolaaditahvli suurustest elementidest, vaid on suuremad. Sellised suuremad üksused vajavad vähem ballastmaterjali ning jätavad rohkem ruumi energiat salvestavale ainele. Sedasi saavutatakse enam kui 70-protsendiline integreerimistihedus, samas kui tavaakud saavutavad umbes 50 protsenti.
EV-de tootjad, kes soovivad ise akusid arendada, saavad säärased tehnoloogiahüpped algusest peale töösse võtta. Lõppude lõpuks pole asi ühes ainumas akuelemendis, vaid võimalikult ruumisäästlike ja suurte elementide loomises.

Millist edasiminekut te akude osas lähiaastatel prognoosite?
Ootame hüppelisi edusamme. 2023. aastaks on kaks Hiina tootjat välja kuulutanud akupakid, mis tõotavad üle 1000 km sõiduulatust. Samal ajal saab neid akusid kiiresti laadida, taastades 700 km sõiduulatuse vähem kui 10 minutiga.
Uurijana olen selliste arengute osas põnevil. See oleks akutehnoloogias tohutu hüpe, mis seejuures ei põhine keerukal uuel akukeemial, vaid tehnoloogilistel lahendustel.

Sageli jäetakse tähelepanuta laadimisvõimsus. Milline seos on laadimiskiiruse ja akutehnoloogia vahel?
See vastab tõele, sest harva sõidetakse korraga 600 kilomeetrit. See tähendab, et peab olema võimalik suuri akusid kiiresti laadida. Päeva lõpuks ongi just see määrav. Kui saate laadida oma elektriauto akud 10-protsendiliselt laetuselt 80 peale kõigest kümne minutiga, siis on sisepõlemismootori mäng läbi.
On olemas materjalid, mis võimaldavad akude kiiremat laadimist, samas kui teistega läheb kauem aega. Tehnikakeeles liiguvad liitiumi ioonid laadimise ajal katoodilt anoodile ning anood salvestab liitiumioonid, kui akut laetakse.
Praegu kasutatakse anoodil grafiidikihti. Osad akutootjad soovivad kasutada räni-süsinikkomposiite, sest sedasi toimub laadimine palju kiiremini, isegi madalatel temperatuuridel. Puhtalt materjalide vaates leidub arengupotentsiaali tohutult. Ainuüksi anoodi materjali muutmisega võib akuelemendi energiamahtuvus 30 protsendi võrra suureneda. See tähendab, et meid ootavad ees uskumatud läbimurded.
Kuid sellele vaatamata läheb vaja 360 kW võimsusega kiirlaadijat, kui soovite 60 kWh aku kümne minutiga täis laadida. Seega pole praegu piirav faktor aku võimsus, vaid EV laadimistaristu.

Kui rääkida nutitelefonidest, siis nende aku muutub pärast kahe-kolme aasta pikkust intensiivset kasutamist tublisti nõrgemaks. Kui pikk on EV aku tööiga?
Need akud on omavahel väga erinevad. Nutitelefonid on tegelikult loodud nii, et need tuleks kolme aasta pärast välja vahetada. Elektriautos toimib aku kontrollsüsteem palju intelligentsemalt, aku on ülekuumenemise ja muude kahjustavate faktorite eest kaitstud.
Uuemate autode uuringud on näidanud, et pärast viite aastat on aku mahtuvus 95 protsendi ulatuses endiselt säilinud. Elektriauto akut luues on ette nähtud 2000 täielikku laadimistsüklit. Korrutades 2000 laadimiskorda näiteks 500-kilomeetrise sõiduulatusega, saame kokku läbisõidu 1 miljon kilomeetrit.
Pärast neid 2000 laadimistsüklit langeb akumahtuvus 80 protsendini algsest, mida seejärel peetakse aku elutsükli lõpuks. Siiski pole aku pärast seda kaugeltki veel kasutu ning seda saab kasutada oma kümme aastat näiteks mõnes statsionaarses energiasalvestussüsteemis, sageli päikesepargis või tuuleelektrijaamas.

Akude tootmiseks ehitatakse üle maailma gigatehaseid. Kas akuelementide tootmiseks jagub järgmistel aastatel või aastakümnetel piisavalt toorainet?
Hetkeseisuga on saadaval piisavalt tooret. Siiski pole tootmismahud veel hüppeliselt kasvava nõudlusega kohanenud, mis tähendab, et siin-seal võib esineda pudelikaelu. Teadlastena proovime siinkohal kaasa aidata seeläbi, et loome uut tüüpi akud, mille tootmisel ei lähegi näiteks koobaltit vaja ning liitiumi saab tulevikus osaliselt naatriumiga asendada. Seeläbi väheneks teatud toorainete võimalik defitsiit märkimisväärselt.

Saksamaale kavandatakse praegu 11 gigantset akutehast, see on pretsedenditu. Loomisel on tohutu potentsiaal teha õiget asja. Oluline küsimus kõlab: kas need gigatehased toodavad vaid elemente või katavad need terve süsteemi? Ja kui oluline on selles kontekstis kasutatud akude taaskäitlus?
Väga tähtis. Praegu prognoositakse, et alates 2034. aastast on pool vajatavast toorainest juba taaskäideldud. Praegu töötab Euroopas 38 akude taaskäitlustehast, mis arendavad uusi tööprotsesse ja laiendavad oma võimekusi. Kui 2030ndate keskpaigast hakkab vajadus akude taaskäitlemisel hüppeliselt kasvama, peavad need tehased selleks valmis olema.

Aku moodustab suure osa EV hinnast. Mis võiks aku hinna alla tuua?
Hinna aspektist lähtudes tuleks kasutada odavamat toorainet. See tähendaks levinud tooraineid, mida leiduks maailmas kõikjal ja mille kaevandamine poleks probleemne. Lisaks peavad tootjad arendama uusi energiat ja aega säästvaid protsesse.
Kulude kokkuhoid on jätkusuutlikumate materjalide kasutamise kõrval akutööstuses praegune megatrend. See kehtib igal sammul: vähem ruumi, vähem energiat, vähem aega. Arendamisel on palju asju ja see käib kiiremini, kui inimesed sageli arvavad. Akude areng on praegu erakordselt põnev.