Kun tänä päivänä puhutaan kriittisistä mineraaleista, nousevat sähköautojen akut väistämättä mukaan keskusteluun. Syyt tähän ovat yksinkertaiset: ilmastotavoitteiden saavuttaminen edellyttää liikenteen sähköistymistä, joka tarkoittaa sähköautojen määrän voimakasta kasvua. Ja siellä missä on paljon sähköautoja, on myös paljon isoja litiumioniakkuja.
Keskiverto 60 kWh akussa on noin 185 kg mineraaleja. Eri akkukemioiden välillä on luonnollisesti isoja eroja siinä, mitä kriittisiä mineraaleja niissä käytetään, mutta yksi asia on varma – sähköistyvä liikenne tarvitsee valtavat määrät kriittisiä metalleja ja mineraaleja, kertoo Visual Capitalist artikkelissaan.
Kuva 1. Sähköauton ajovoima-akun tärkeimmät mineraalit. (Lähde: Visual Capitalist 2.5.2022)
Sähköautojen akuissa käytettävät mineraalit
Lähes kaikissa sähköautoissa on tänä päivänä litiumioniakku (Li-ion), joka sisältää useita keskeisiä mineraaleja. Osa mineraaleista tarvitaan varmistamaan sähkön virtaus akussa, osa suojelee akkua kolaritilanteessa.
Visual Capitalistin infograafin pohjana on European Federation for Transport and Environment –järjestön tuottama data sähköautojen akkujen keskeisistä mineraaleista.
Laskelmat perustuvat vuoden 2020 ”keskivertoakkuun” eli pohjana on vuonna 2020 markkinoilla olleiden akkukemioiden painotettuun keskiarvoon, kertoo Visual Capitalist artikkelissaan.
Eri akkumineraalien määrät keskivertoakussa
Keskiverto 60 kWh –akussa on arviolta 185 kg mineraaleja. Kuvassa 2 on esitetty eri mineraalien absoluuttiset ja suhteelliset määrät.
Kuva 2. Mineraalien osuudet vuoden 2020 “keskivertoakussa”. (Lähde: Visual Capitalist 2.5.2022)
Eniten erilaisia mineraaleja löytyy akun katodista, joka on akun tärkein ja kallein osa. Katodin sisältämät mineraalit määrittelevät hyvin pitkälle akun suorituskyvyn. Kullakin mineraalilla on oma tärkeä roolinsa, painottaa Visual Capitalist artikkelisssaan.
Esimerkiksi nikkeli-mangaani-koboltti (NMC) –akuissa, joiden osuus kaikista sähköautojen akuista vuonna 2020 oli 72 prosenttia (pois lukien Kiina), katodissa käytetään nikkeliä, mangaania ja kobolttia sekä litiumia. Nikkelin määrän lisääminen nostaa yleensä tällaisen akun energiatiheyttä (energian määrä suhteessa akun tilavuuteen), joka pidentää sähköauton yhdellä latauksella ajettavaa matkaa. Koboltti ja mangaani tekevät NMC-akusta vakaamman ja parantavat siten akun turvallisuutta.
Kokonaisuudessaan katodimateriaalien osuus keskivertoakun koko mineraalimäärästä oli analyysissä 31,3 prosenttia. Tässä luvussa ei ole mukana alumiinia, jotka käytetään nikkeli-koboltti-alumiini (NCA) –akuissa. Alumiinia käytetään myös akun kotelossa ja virranottimissa.
Anodimateriaaleissa grafiitti on ollut suosituin materiaali sen edullisen hinnan, hyvän saatavuuden ja pitkän käyttöiän ansiosta. Koska anodi tehdään kokonaisuudessaan grafiitista, on grafiitin suhteellinen osuus suurin akun mineraaleista.
Muita akun mineraaleja ovat akun kotelossa käytettävä teräs sekä kupari, jota käytetään akun kaapeloinnissa, listaa Visual Capitalist.
Isot ero eri akkukemioiden välillä
Litiumioniakkujen perhe on laaja ja katodeissa käytettävien ”akkukemioiden” välillä on isoja eroja. Jo pelkästään NCM-akkujen välillä voi olla suuriakin eroja eri mineraalien osuuksissa:
NCM811-akun katodimateriaalit:
- 80% nikkeliä
- 10% mangaania
- 10% kobolttia
NMC523-akun katodimateriaalit:
- 50% nikkeliä
- 20% mangaania
- 30% kobolttia
Kuvassa 3 on vertailtu 60 kWh –akun mineraalipitoisuuksia eri akkukemioiden välillä.
Kuva 3. Eri akkukemioiden välillä on suuria eroja mineraalipitoisuuksissa. (Lähde: Visual Capitalist 2.5.2022)
Kuluttajien halutessa yhä pidempiä ajomatkoja yhdellä latauksella runsaasti nikkeliä sisältävät katodit ovat yleistyneet. Nikkeli-pohjaiset akkukemiat vastasivat 80 prosentista vuonna 2021 markkinoille tulleiden ladattavien autojen akkukapasiteetista.
Litium-rautafosfaattiakut (LFP) eivät sisällä lainkaan nikkeliä. LFP-akut tarjoavat tyypillisesti pienempää energiatiheyttä edullisempaan hintaan. Toisin kuin nikkelipohjaiset akut, jotka käyttävät katodissa litiumhydroksidia, LFP-akut käyttävät litiumkarbonaattia. Visual Capitalistin mukaan litiumkarbonaatti on ollut halvempaa, mutta kun Tesla lähti kiinalaisten autonvalmistajien tapaan tarjoamaan LFP-akkuja edullisempiin malleihinsa, nousi litiumkarbonaatin hinta ennätyskorkealle.
Kuva 4. Litiumkarbonaatin EXW China -hinta oli tammikuun 2022 puolivälissä jo 51 800 USD/kg. (Kuva: Benchmark Mineral Intelligence, 17 Jan 2022)
Kuva 5. Litiumkarbonaatin ja -hydroksidin hinnat ovat nousseet alkuvuodesta rajusti, mutta huhti-toukokuun vaihteessa hinnat tasaantuivat. (Kuva: BMI, May 2022)
Sähköautomarkkinat ovat vasta lähdössä kovaan kasvuun. Akkukemiat kehittyvät koko ajan ja autonvalmistajat esittelevät uusia malleja erilaisilla ominaisuuksilla. On mielenkiintoista nähdä, millaisia uusia akkukemioita on tulossa, pohtii Visual Capitalist artikkelissaan.
Kuva 6. Akkumineraalien kysyntä tulee kasvamaan voimakkaasti seuraavien kymmenen vuoden aikana. (Lähde: BloombergNEF / Mining.com Dec 2021)
Kriittisemateriaalit.fi-sivusto on Huoltovarmuuskeskuksen Teknologiapoolin hallinnoima sivusto, joka seuraa suomalaisen teollisuuden kannalta kriittisten metallien ja mineraalien sekä elektroniikkakomponenttien markkinoiden kehitystä erityisesti jatkuvuudenhallinnan ja huoltovarmuuden näkökulmasta. Lisätietoa Teknologiapoolin toiminnasta: heikki.hernesmaa@teknologiateollisuus.fi
(Julkaistu 5.5.2022, päivitetty 6.5.2022)
Lähteet:
- The Key Minerals in an EV Battery. Visual Capitalist, 2 May 2022.
Lisää aiheesta:
Nikkelin ja koboltin vaikutus sähköautojen akkujen hintoihin
NCM, NCA vai LFP: akkukatodien sota käydään kolmen kemian välillä
LFP 2.0: Koboltti- ja nikkelivapaan litiumrautafosfaattiakun vahva meno jatkuu
Litiumin hintaa kauhisteleva Musk väläyttelee jälleen ajatusta Teslan omista kaivoksista