Akku joka kestää kymmeniä tuhansia latauksia, ja latautuu täyteen muutamassa minuutissa, kuulostaa lupaavalta. Tommi Karhunen kehitti väitöskirjassaan nanohiukkasten tuotantoteknologiaa ja litium-ioniakkuihin soveltuvia nanomateriaaleja. Litiumtitanaatista valmistetuille akuille mitattiin tutkimuksessa lähes 20 prosenttia parempi kyky varastoida energiaa kuin kaupan hyllystä löytyville akuille.
”Akkumaailman haasteet ovat esimerkiksi sähköautojen kohdalla tällä hetkellä turvallisuus ja akun energiatiheys, eli kuinka pitkälle pystyt yhdellä latauskerralla ajamaan. Materiaalit, joita olen tutkinut, eivät tuo näihin ongelmiin ratkaisua, mutta niillä saadaan sen sijaan pitkää käyttöikää ja korkeita hetkellisiä tehoja”, Karhunen avaa tuloksiaan.
Hybridiautot ovat yksi mahdollinen kohde Karhusen akuille.
”Siellä ei ole niinkään tärkeää, että saadaan varastoitua paljon energiaa siihen akkuun, koska se kuitenkin tuotetaan polttomoottorilla. Kun akusta halutaan hetkellistä tehoa, semmoista lyhyt aikaista kaupunkiajeluun tarvittavaa energiaa, niin tämä voisi olla hyvä.”
Myös Helsingin bussiliikenteessä on käynnissä selvitystyö, jossa akulta ei vaadita suurta energiatiheyttä, koska lataus on mahdollinen vähintään jokaisella päätepysäkillä. Karhusen löydökset toimivat hyvin silloin kun akun koolla ei ole merkitystä siis esimerkiksi mökin tai kodin pientuulivoimaloiden ja aurinkokennojen tuottaman energian varastoinnissa.
Sovelluksia Karhusen löydöksille haetaan jatkossa yhteistyössä Lappeenrannan teknisen yliopiston kanssa. Siellä tutkitaan litium-akkujen käyttömahdollisuuksia muun muassa kaivostyökoneissa.
Valtavirran akkuteknologia perustuu grafiittiin eli hiileen sekä kobolttiin. Toisin kuin Karhusen tutkimat materiaalit, kestävät nykyiset akut vain muutamia satoja latauskertoja. Sitten ne alkavat menettää varaustehoaan.
”Haittapuolena nykyisellä akkuteknologialla on myös se, että koboltti on sekä harvinaista että kallista. Lisäksi se on myrkyllistä, joten sen kierrättäminen ja hävittäminen on hankalaa”, Karhunen kertoo.
Nykyakut myös palavat ja räjähtelevät silloin tällöin, joten ne eivät ole myöskään kovin turvallisia.

Karhusen väitös perustuu aerosolitekniikkaan, jota Kuopiossa sovelletaan pienhiukkas-aerosolitekniikan tutkimusryhmässä. Se perustettiin alun perin tutkimaan muun muassa tehtaiden biomassapäästöjä. Osaamisen ja laitteiston karttuessa huomattiin, että samoja laitteita voidaan käyttää synteettisen nanohiukkasten tuottamiseen. Yliopiston nykyisellä laitteistolla pystytään tuottamaan kymmeniä grammoja nanohiukkasia tunnissa, mutta Technopolikseen rakennetaan parhaillaan laboratoriota, joka pystyy tuottamaan nanopartikkeleja useita kiloja tunnissa.
”Nanohiukkasten maailmassa kiinnostaa se, että se on niin erilainen kuin tämä makroskooppinen maailma, materiaalien ominaisuudet muuttuvat täysin. Jos sinulla on tätä tutkimuksessanikin tarkasteltua titaniumoksidia makroskooppisena iso klöntti, niin sehän on eriste, joka ei johda sähköä ollenkaan. Kun mennään nanoskaalaan, sitä pystytään käyttämään tämmöisissä sovellutuksissa.”
”Nanohiukkaset ovat tulevaisuuden teknologiaa, joita alkaa löytyä jo hyvin monesta paikasta. Sitä mukaa kun hiukkasista löytyy uusia ominaisuuksia, niin löytyy yleensä myös uusi sovelluskohde, jossa sitä ominaisuutta on kaivattu ja tullaan sitten käyttämään.”

Kainalo | Pöytälaatikkoon

…Mutta kun ei ole minne niitä innovaatioita tunkisi

Karhusen aerosolitekniikalla tuotetut nanomateriaaliakut ovat vielä tutkimusasteella, mutta päihittävät kaupalliset verrokkinsa. Yliopistojen yhteistyö liike-elämän kanssa on hallituksen keinovalikoimassa keskeinen, mutta Karhusen näkemyksiä kuunnellessa käy selväksi, että tutkimuksen ja bisneksen yhdistäminen on lapsenkengissä.
”Akateeminen tutkimus on usein 5-10 vuotta lopputuotteesta, ja varsinkin Suomessa sijoittajat ja firmat ovat aika varovaisia sijoittamisen suhteen. Eli yleensä heille pitäisi olla puolessa vuodessa tuote valmis. Siinä on semmoinen väli, jossa ei ole oikeastaan kukaan rahoittamassa”, Karhunen kertoo.
Karhusen mielestä yliopistolle pitäisi saada organisaatio, joka poimisi keksintöjä ja lähtisi viemään eteenpäin. Helsingin yliopistossa mainitunlainen organisaatio on olemassa. Tutkijan ajan käyttäminen liiketaloudellisen hyödyn edistämiseen on resurssien hukkaa.
”Patentoinnit on pitkiä ja aikaa vieviä prosesseja, ja ne patentit yliopiston omaisuutta. Tunnetusti yliopisto on itse aika huono niitä kaupallistamaan, ja vaatii sitten aika huomattavia summia patenttien eteenpäin myymisessä. Patentit jäävät usein yliopiston pöytälaatikkoon makoilemaan”, Karhunen kertoo.
Karhunen on ollut aerosolitekniikan tutkimusryhmässä kahdeksan vuotta. Hänen aikanaan aihetta ja intoa patenteille on löytynyt kolmesti.