Koboltittomat litiumioniakut voivat olla sekä tehokkaita että pitkäikäisiä, kun niiden kemia ja valmistusprosessit optimoidaan huolellisesti.

Asian osoittaa Oulun yliopistossa tehty väitöstutkimus.

Juho Välikangas pyrki väitöstyössään parantamaan katodimateriaalina hyödynnettävän litium-nikkelioksidin (LNO) sähkökemiallista suorituskykyä ja stabiiliutta akun lataus- ja purkuprosessin aikana.

Hän havaitsi, että 670 celsiusasteen litiointilämpötila tuotti jopa 231,7 mAh/g purkukapasiteetin, joka on korkeimpia puhtaalle LNO:lle määritettyjä. LNO:n teoreettinen energiatiheys on 272 mAh/g.

LNO-katodiin seostettiin alumiinia, magnesiumia ja kromia, mikä paransi katodin sähkökemiallisia ominaisuuksia ja rakenteen kestävyyttä.

Lisäksi litiointilämpötilan optimointi vähensi haitallista litium- ja nikkelikationien sekoittumista rakenteessa.

Pesuprosessi paransi materiaalien syklattavuutta ja poisti jäännöslitiumia, mutta vaikutti myös litiumionien liikkuvuuteen. Toinen lämpökäsittely palautti katodin kapasiteettia ja vähensi kaasun muodostumista.

Latausprotokollan muutos paransi merkittävästi akun käyttöikää ja erityisesti pesemättömän materiaalin syklattavuutta. 1 200 syklin jälkeen saavutettiin jopa 155,5 mAh/g purkukapasiteetti.

Lupaavimpia tulevaisuuden vaihtoehtoja

Litiumioniakut ovat keskeisessä asemassa sähköautoissa, älylaitteissa ja uusiutuvan energian varastoinnissa.

Litium-nikkelioksidi on lupaavimpia vaihtoehtoja, kun akkujen katodimateriaaleja kehitetään entistä edullisemmiksi ja tehokkaammiksi.

LNO on kuitenkin korkean nikkelipitoisuutensa vuoksi termisesti epästabiili. Latauksen aikana materiaalissa tapahtuu faasimuutos, joka voi heikentää sen vakautta ja lyhentää akun käyttöikää.

Lisäksi LNO:n valmistusprosessissa voi muodostua epäpuhtauksia, kuten jäännöslitiumia, joka vaikuttaa akun suorituskykyyn ja turvallisuuteen.

Diplomi-insinööri Juho Välikankaan väitöskirja Modification of lithium nickel oxide cathode material tarkastetaan Oulun yliopistossa 23.6.2025.