Elektriautod on viimastel aastatel kiiresti populaarsust kogunud, kuid vaatamata tootjate suursugustele lubadustele on akutehnoloogial endiselt mitmeid kitsaskohti. TalTechi mehhatroonika ja autonoomsete süsteemide uurimisrühma juht professor Anton Rassõlkin selgitab, millised on tegelikud väljakutsed elektriautode akude arendamisel ning milline võib olla nende tulevik.

Elektrisõidukites kasutatakse mitmesuguseid akutehnoloogiaid, millest igaühel on ainulaadne omaduste kombinatsioon. “Kui sõidukil on elektriveoajam – elektrimootor koos muunduri ja juhtimissüsteemiga –, siis on see reeglina selle transpordivahendi kõige olulisem elektriseade. See tähendab, et aku töötab kogu aeg, kui te sõidate, ja ei viibi ooterežiimis, nagu tavapärastes sõidukites. Tänapäeva elektrisõidukite standardiks on liitiumioonakud (Li-ioon), mis pakuvad optimaalset energiatiheduse, tsükli kestuse ja ohutuse kombinatsiooni,” selgitab Rassõlkin. 

Kohanduvad kasutajad ja uued harjumused

Elektriautode levik tähendab, et inimesed peavad kohanema uute harjumustega, eriti laadimise osas. Kui sisepõlemismootoriga auto tankimine võtab vaid mõne minuti, siis elektriautode laadimine võib kesta mitmekümnest minutist mitme tunnini, olenevalt laadijast ja aku mahutavusest. See aga nõuab teistsugust mõtteviisi ja planeerimist. Ja just harjumused on Rassõlkini sõnul peamine väljakutse. 

“Elektriautode puhul on vaja natukene rohkem teada sellest, kuidas käib laadimisprotsess. Võiks teada, et tegelikult on võimalik autot laadida ka kodus tavalisest pistikust, kui koduvõrk lubab seda teha. Optimaalne laadimisprotsess võib koduses elektrivõrgus ulatuda kümne tunnini,” selgitab ta ja lisab, et auto laadimise kodus võiks muuta öiseks harjumuseks. 

Liitiumioonakude probleemid ja piirangud

Praegu on elektriautode peamiseks energiakandjaks liitiumioonakud, mis on leidnud laialdast kasutust tänu nende energiatihendusele ja vastupidavusele. Ent nagu Rassõlkin selgitab, ei ole need akud kaugeltki ideaalsed.

“Liitiumioonakud on saanud standardiks, kuna nad pakuvad optimaalset energiatihedust ja piisavalt pikka elutsüklit. Kuid siiski on nendega seotud mitmeid probleeme,” ütleb Anton Rassõlkin. “Peamised väljakutsed on seotud aku mahutavuse suurendamise ja laadimiskiiruse parandamisega. Lisaks tuleb arvestada ka ohutusega ja sellega, kuidas hallata akude vananemist.”

Akude kasutegur ja eluiga langevad madalatel temperatuuridel drastiliselt, mis tekitab küsimusi nende sobivusest Eesti talvisesse kliimasse. “Liitiumioonakude optimaalne töötemperatuur on umbes 20 kraadi Celsiuse järgi. Kui temperatuur langeb sellest allapoole, väheneb aku efektiivsus märkimisväärselt,” selgitab Rassõlkin. Talvel näeme, et elektriauto sõiduulatus võib langeda kuni 50% võrra. Samas on kuumade ilmadega probleemiks akude ülekuumenemine. Kõrgete temperatuuride korral väheneb aku mahtuvus ja on vaja jahutamist – see nõuab lisaenergiat, mis omakorda alandab sõiduulatust.

Kas solid state akud on järgmine suur hüpe?

Üheks kõige lootustandvamaks tulevikutehnoloogiaks peetakse solid state ehk tahkisakusid. Need akud kasutavad vedeliku või geelitaoliste elektrolüütide asemel tahket elektrolüüti, mis võib oluliselt parandada nii akude turvalisust kui ka nende energiatihedust ja laadimiskiirust. Siiski pole see tehnoloogia veel laialdaselt kasutusel.

“Solid state akud on kindlasti põnev tulevikutehnoloogia,” märgib Rassõlkin. Need võivad lahendada mitmeid liitiumioonakude probleeme, nagu ohutus ja energiatihedus, kuid selleks, et need jõuaksid masstootmisse, tuleb enne palju tööd teha.

Nende arendajad seisavad silmitsi märkimisväärsete väljakutsetega, sealhulgas sobivate materjalide leidmine. “Potentsiaalsete elektrolüütidena kasutatavate materjalide hulka kuuluvad keraamika, näiteks oksiidid, sulfiidid, fosfaadid ja tahked polümeerid. Toyotal on plaan rakendada tahkisaku tehnoloogiaid 2020. aastate keskel ning on võimalik, et näeme lähiajal ka esimesi prototüüpautosid,” loetleb ta.

Laadimiskiirus ja energiatihedus: lootus kiiremale tulevikule

Üks elektriautode omanike peamisi muresid on laadimiskiirus. Kuigi laadimisjaamad muutuvad üha kiiremaks, on probleemiks see, kuidas kiire laadimine mõjutab akude eluea ja ohutuse tasakaalu. “Ränianoodidega liitiumioonakud on üks tehnoloogia, mis võib oluliselt suurendada nii laadimiskiirust kui ka energiatihedust, kuid aku tervise ja vastupidavuse säilitamine jääb siiski väljakutseks,” selgitab Rassõlkin. 

Ta lisab, et edasi tuleb arendada ka laadimisalgoritme ja jõuelektroonikat, et laadimine muutuks tõhusamaks. 

Alternatiivsed akutehnoloogiad – sool ja liiv?

Kuigi liitiumioonakud on täna domineerivad, otsitakse neile pidevalt uusi alternatiive. Räägitud on ka soola- ja liivapõhistest akudest, mis võiksid pakkuda kuluefektiivsemat ja keskkonnasõbralikumat alternatiivi.

“Soolapõhised akud võivad olla kuluefektiivsemad ja ohutumad, samas liivapõhised akud pakuvad suuremat energiatihedust ja kiiremat laadimiskiirust,” ütleb Rassõlkin. Ta tõdeb, et need tehnoloogiad on alles varajases arendusetapis, mistõttu ei ole nende laialdast kasutuselevõttu lähitulevikus oodata.

Rassõlkin täpsustab, et soolapõhistes akudes kasutatakse elektrolüüdis naatriumioone, mis on leitud naatriumkloriidist (NACl ehk lauasool), ja liivapõhistes akudes kasutatakse ränidioksiidi (SiO₂ või lihtsalt liiv) või ränipõhiseid (Si) materjale anoodina. 

Eesti talv ja elektriautod

Eestis on pikad ja külmad talved, seega on oluline kaaluda, kuidas aku käitub äärmuslike temperatuuride juures. Külm ilm vähendab akude tõhusust, pikendab laadimisaega ja lühendab sõiduulatust.

“Elektriauto omanikele on külm ilm üks peamisi murekohti. Akude soojendamine ja optimaalse töötemperatuuri hoidmine talvistes oludes nõuab täiendavat energiat, mis omakorda vähendab sõiduulatust,” selgitab Rassõlkin. See on oluline tegur, mida autoostjad peavad arvesse võtma, eriti kui nad plaanivad elektriautot regulaarselt karmides ilmastikutingimustes kasutada.

Siiski toob ta välja, et mõned uued elektrisõidukite akutehnoloogiad on spetsiaalselt välja töötatud parema külmataluvuse tagamiseks. “Näiteks võivad nad sisaldada integreeritud soojenduselemente või aktiivseid jahutussüsteeme, mis aitavad hoida akut optimaalsel temperatuuril.”

Mida peaks elektriauto ostja teadma?

Elektriauto soetamine ei tähenda ainult sõiduki vahetamist, vaid ka uue elustiili omaksvõttu. “Elektriauto ostja peab olema valmis muutma oma harjumusi, eriti mis puudutab laadimist. Elektriauto ei ole nagu sisepõlemismootoriga auto, mida saab kiiresti tankida. Kui aga suudate iga päev oma telefoni laadida, miks mitte teha sama ka elektriautoga?” küsib Rassõlkin.

Nii võikski teha ka elektriauto laadimisest öise rutiini: õhtul pistad juhtme pistikusse, et hommikul täis akuga sõitu alustada. 

Oluline on ka laadimisvõimaluste planeerimine. “Kui mõtlete elektriauto soetamisele, veenduge, et teil on juurdepääs laadimisjaamadele nii kodus kui ka avalikes kohtades,” lisab ta.

Tulevik täis innovatsiooni ja arengut

Kuigi elektriautode tehnoloogia areneb kiiresti, usub Rassõlkin, et tulevik toob kaasa veelgi suuremaid läbimurdeid. “Me näeme kindlasti edasiminekut nii sõiduulatuse, laadimiskiiruse kui ka akude keskkonnasõbralikkuse osas,” ütleb ta. “Kuid elektriautode akud ei saa ideaalseks üleöö. Tootjate reklaamlubadused ei tohiks varjutada reaalseid väljakutseid.”

Uute tehnoloogiate toel võiks väheneda laadimisaeg, näiteks võivad laadimise efektiivsust tõsta paremad laadimisalgoritmid, mis vähendavad laadimisaega ja akude kulumist. Kuid see nõuab jõuelektroonika arendust. “Samuti on oluline mehaaniline disain ja efektiivsemad jahutussüsteemid, mis võimaldavad kiiremat ja ohutumat laadimist, samas vähendavad ülekuumenemise riski.”

Ehkki elektriautoakude tehnoloogiaid arendatakse pidevalt, ei ole Rassõlkini sõnul lähiajal kahjuks oodata sellist tehnoloogiat, mis suudaks oluliselt suurendada akude energiatihedust ja vähendada nende kaalu. “Enne masstootmiseni jõudmist on vaja teha palju katseid ja välja töötada standardid. See kõik võib võtta väga palju aega.”

Kuna uute akutehnoloogiate väljatöötamine keskendub sageli materjalide kasutamise efektiivsusele, mis võib vähendada tootmise ressursikasutust ja keskkonnamõjusid, on 

üks oluline samm tagada akude taaskasutamise ja ringlussevõtu tõhusus. “Vanade akude kogumine, demonteerimine ja materjalide eraldamine on oluline protsess, et vähendada jäätmete kogust ja taaskasutada väärtuslikke materjale.”

Kindlasti aitab jätkuv tehnoloogiline areng ja parem jäätmete käitlemine kaasa sellele, et elektriautode üldine keskkonnamõju oleks väiksem võrreldes traditsiooniliste sisepõlemismootoriga sõidukitega, luues seeläbi jätkusuutlikuma liikumisviisi tulevikus.

“Ära karda elektrisõidukeid ega akude kasutamist,” julgustab Rassõlkin. Tehnoloogia arengu jätkumiseks on vaja rohkem statistikat ja tagasisidet. Mida rohkem infot, seda kiiremini areng toimub.

“Tehnoloogia areneb, kuid me ei tohi unustada, et tootjate haip ei kajasta alati tegelikkust. Elektriautod on tulevik, kuid me peame olema realistlikud nende võimekuse ja piirangute osas,” sõnab Anton Rassõlkin lõpetuseks.