Toyota innostui Aallon materiaalitutkimuksesta

Autojätti löysi Aalto-yliopiston ja Maarit Karppisen tutkimusryhmän suosituksen perusteella.

”He ostivat atomikerroskasvatukseen tarvittavan reaktorin suomalaiselta Picosunilta, joka osasi kertoa meiltä löytyvän heidän kaipaamansa tutkimusosaamista”, Karppisen ryhmässä työskentelevä tohtorikoulutettava Mikko Nisula kertaa yhteistyön alkua.

"On hienoa, että kansainvälinen autojätti pystyy käytännössä hyödyntämään tekemäämme pitkäjänteistä perustutkimusta kanssa. Yhteistyö on sujunut mallikkaasti", professori Karppinen kiittelee.

Ohuen ohuita kalvoja

Atomikerroskasvatus, ALD, on Suomessa patentoitu menetelmä, jonka avulla on mahdollistaa valmistaa ohuen ohuita, hyvälaatuisia kalvoja jopa atomikerroksen tarkkuudella. Toyotan ja Aallon projektissa ALD:tä hyödynnetään turvallisempien litiumioniakkujen valmistamisessa. Tavoitteena on pystyä korvaamaan normaalisti käytettävä nestemäinen, syttymisherkkä elektrolyytti kiinteän olomuodon elektrolyytillä.

”Akku muodostuu kolmesta osasta: positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista ja niiden välissä olevasta elektrolyytistä, joka on yleensä orgaaniseen nesteeseen liuotettua litiumsuolaa. Nämä liuokset ovat hyvin syttymisherkkiä, eli jos jokin menee pieleen, ne voivat todella roihahtaa. Lisäksi tavalliset liuosmaiset elektrolyytit hajoavat akkua käytettäessä, jolloin elektrodien pinnalle muodostuu passivoiva kerros, joka heikentää akun toimintaa ja lyhentää sen elinikää”,  Mikko Nisula selittää.

Kiinteän olomuodon elektrolyytti on stabiili, mutta senkin käyttöön liittyy ongelma. Passivoiva kerros muodostuu myös kiinteän olomuodon elektrolyyteillä, ja kerros on usein niin paksu, että akkua voi käyttää vain hyvin pienellä teholla.

”Meidän ideamme on päällystää positiivisen elektrodin partikkelit sopivalla materiaalilla atomikerroskasvatusmenetelmää hyödyntäen niin, että niiden päälle muodostuu parin nanometrin suojaava kerros, joka estää elektrodin reagoimisen elektrolyytin kanssa mutta sallii silti litiumionien kulkeutumisen”, Mikko Nisula kuvailee tutkimusprojektin ideaa.

Toyotan kaltaiselle yritykselle turvalliset ja toimivat akut ovat elintärkeitä.

Haastavinta työssä on Nisulan mukaan riittävän tasalaatuisen suojakerroksen valmistaminen. Vuoden kestävän projektin tavoite on osoittaa, että idea toimii käytännössä. Toyotan kaltaiselle yritykselle turvalliset ja toimivat akut ovat elintärkeitä.

”Liikenneonnettomuudessa syttymisherkkä akku voi olla suuri riski”, Mikko Nisula vielä muistuttaa.

”Toimiessaan ideamme pidentää myös akkujen käyttöikää.  Sähköautoissa akku muodostaa ison osan hinnasta, joten etenkin niissä pitkäikäisempi akku merkitsisi suurta säästöä.” 

Lisätietoja:

Tohtorikoulutettava Mikko Nisula, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu, kemian laitos
mikko.nisula@aalto.fi

Professori Maarit Karppinen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu, kemian laitos
maarit.karppinen@aalto.fi

Teksti Minna Hölttä, kuvat Mikko Raskinen