Parempien materiaalien tekijä

− Olen aina ollut kiinnostunut materiaaleista ja niiden ominaisuuksista, kertoo Kemian tekniikan korkeakoulun professori Tanja Kallio.

Kallio etsii tutkimusryhmineen materiaaleja, jotka parantaisivat litiumioniakkujen ja elektrokatalyyttien toimintaa, turvallisuutta ja ympäristöystävällisyyttä.

Akut ovat osa useimpien arkipäivää – niitä on muun muassa kannettavassa elektroniikassa. Elektrokatalyyttia taas tarvitaan sähkön varastoimiseen esimerkiksi uusiutuvaa energiaa käytettäessä.

Kallis raaka-aine vaihtui edulliseen

Viime vuonna Tanja Kallion, professori Kari Laasosen ja professori Esko Kauppisen tutkimusryhmät onnistuivat korvaamaan elektrokatalyytin valmistuksessa käytettävän platinan hiilellä ja raudalla.

− Hiili ja rauta ovat molemmat hyvin yleisiä ja edullisia alkuaineita, ne ovat helposti saatavilla. Lisäksi niitä voi kierrättää.

Tällä hetkellä elektrokatalyyttien materiaaleina käytetään jalometalleja. Ne ovat hyvin kalliita, harvinaisia ja myös geopoliittisesti ongelmallisia.

− Jalometalleja saadaan alueilta, joista EU ei halua olla riippuvainen – esimerkiksi Venäjältä. Yritämme kehittää materiaaleja, jotka toimisivat yhtä hyvin kuin jalometallit, mutta olisivat helpommin saatavilla ja kierrätettävissä.

Elektrokatalyytin hinta vaikuttaa Kallion mukaan uusiutuvan energian yleistymiseen, sillä esimerkiksi aurinkovoiman käyttö vaatii energian varastoimista. Elektrokatalyytin avulla auringosta saatu sähköenergia muutetaan vedyksi ja otetaan talteen pilvisten kausien varalle.

− Akku auttaa silloin, kun pilvet peittävät taivasta pari tuntia. Jos pilvinen jakso kestää pari viikkoa, tarvitaan vedyn varastointia.

Akkujen materiaalilla on väliä

Nykyään akkujen valmistusprosessissa käytetään orgaanisia liuottimia, jotka luokitellaan haitallisiksi aineiksi. Orgaaniset liuottimet ovat käsittelijälle turvallisuusriski. Lisäksi käsittelyyn kuluu paljon resursseja ja energiaa. 

Liuottimia kuitenkin tarvitaan, jotta akun valmistuksessa käytettävä sideaine sekoittuisi tasaiseksi massaksi sähkökemiallisesti aktiivisen aineen kanssa. Pari vuotta sitten Kallio ryhmineen keksi, kuinka orgaanisen liuottimen käytön voi välttää.

− Löysimme sellaisen sideaineen, joka liukenee veteen. Saimme aika paljon yhteydenottoja kansainvälisiltä firmoilta.

Materiaalivalinnat vaikuttavat Kallion mukaan myös akkujen turvallisuuteen. Akut sisältävät paljon energiaa, joten ne voivat väärin käytettyinä ylikuumentua ja ääritapauksessa jopa räjähtää.

− Tutkimme materiaalien ominaisuuksia ja sitä, millaisissa olosuhteissa ja kuinka kauan akkua on turvallista käyttää.

Jalat pysyvät maassa

Kallio kuvailee tutkimustyötään haastavaksi ja kiehtovaksi. Materiaalien ominaisuudet ovat arvaamattomia, eikä koskaan voi tietää, mitä matkan varrella tulee vastaan.

Kallio kertoo viettävänsä paljon aikaa laboratoriossa, sillä työ on pitkälti kokeellista. Hänen tutkimusryhmänsä valmistaa uusia materiaaleja, karakterisoi niitä ja tutkii niiden sähkökemiallisia ominaisuuksia.

− Kokoamme myös ihan oikeita akkuja ja kokeilemme toimivatko ne esimerkiksi erittäin kylmissä tai lämpimissä olosuhteissa.

Tanja Kallion tutkimuksessa on vahvasti mukana yritysyhteistyö – ja sitä professori arvostaa. Kontaktipinta teollisuuteen pitää tutkijan poissa norsunluutornista.

− Tutkimuksen yhteiskunnallinen merkittävyys säilyy, kun on jatkuvassa vuorovaikutuksessa teollisuuden kanssa. Realiteetit pysyvät mielessä, kun asioita pitää miettiä monesta eri näkökulmasta.