BMW:n uusi akkulaboratorio: näin valmistuvat uuden sukupolven akkukennot

Parsdorf, pieni teollisuus/tekniikkapuisto Münchenin laitamilla. BMW on vuokrannut täältä isot tilat, jossa se aloittaa muutamien yhteistyökumppaneidensa kanssa seuraavan sukupolven akkujen testaamisen.

Noin 15 000 neliön tiloissa 80 työntekijää tutkii ja kehittää akkuja. BMW:llä on myös toinen akkujen tutkimuskeskus Münchenissä, mutta siinä missä siellä keskitytään lähinnä akkuihin ja akkukemiaan, Parsdorfissa panostetaan koko tuotantoprosessin tehokkuuteen.

Kun kaikki on saatu rullaamaan mahdollisimman tehokkaasti, Parsdorfin tuotantoketju voidaan skaalata isommaksi varsinaisessa akkutehtaassa tapahtuvaa suurtuotantoa varten. Akkutehtaita BMW tulee tarvitsemaan useammassa maanosassa, kun vuonna 2025 tuotantoon tulevan Neue Klasse -sähköauton valmistus alkaa.

Koteloista sylintereihin

BMW käyttää nykyisissä sähköautoissaan vielä toistaiseksi yleistä valmistustekniikkaa, jossa akkukemia on pakattu koteloihin hieman normaalin ajoakun tapaan. Neue Klassessa tulee käyttöön kuitenkin uusi sylinterin muotoinen eli hieman tavallista paristoa muistuttava pakkaus. Suurin etu on sylinterin muotoisten akkujen tarjoama teho. BMW:n mukaan tämä sopii paremmin heidän autojensa urheilulliseen luonteeseen.

Menestyksen tehokas kolminaisuus

Avauspuheen uuden tuotekehitystehtaan tiloissa pitää Milan Nedeljković, BMW:n johtokunnan jäsen ja tuotannosta vastaava johtaja. Puheesta nousee esiin muutama seikka. Ensinnäkin hän peräänkuuluttaa Euroopalta yhtenäisyyttä autojen sähköistämisen kehittämisessä. Se on tärkeää, jotta kehitykselle luodaan tukeva perusta. Politiikka antaa teollisuudelle raamit, missä heidän pitää toimia, ja näihin raameihin toivotaan selvästikin selkeyttä.

Nedeljkovićin mukaan Euroopassa on yhä tietotaitoa ja ihmisten koulutus antaa hyvän pohjan tulevaisuudelle, mutta politiikan pitää tukea tätä. Nedeljković ei sano sitä ääneen, mutta rivien välistä on luettavissa, että muutoin Eurooppa ei tule pärjäämään kilpailussa kiinalaisia vastaan.

Tavallaan voidaan puhua nykymaailman pyhästä kolminaisuudesta. Politiikan tehtävä on taata reilu pelikenttä. Tiede puolestaan mahdollistaa parhaat mahdolliset ratkaisut. Ja lopulta teollisuus hakee parhaan mahdollisen taloudellisen tuloksen poliittisten ja tieteen avulla luotujen raamien sisällä. Yritykset panostavat tulevaisuuteen, kun kaikki nämä kaikki asiat ovat kunnossa.

Puheen jälkeen käymme nopealla kiertokäynnillä uusissa tiloissa. Kaikki kiiltää uutuuttaan mutta myös kliinisyyttään. Puhtaus on tunnetusti puoli ruokaa, ja laboratoriomaiset olosuhteet ovat akkujen valmistuksessa elintärkeät.

Leipomo

Ensin meille esitellään työpiste, missä tutkitaan ja kehitetään akkukemioita. Paikkaa voi ajatella eräänlaisena leipomona. Erilaisia raaka-aineita – liuos- ja sidosaineita – sekä johdinmateriaaleja sekoittamalla syntyy halutun kaltainen nestemäinen taikina.

Taikinoita on erilaisia, riippuen siitä, mihin tarkoitukseen se on. Halutaanko siitä nopeasti energiaa, halutaanko sen säilyvän hieman pidempään, paljonko se saa maksaa… taikinassa käytettäviä raaka-aineita ei ole loppupeleissä hirveästi, mutta niiden suhde toisiinsa antaa erilaisia tuloksia. Ja tämä on se tutkimus, johon tällä hetkellä käytetään paljon panoksia, sillä pienikin etu akkuteknologiassa voi antaa ison kilpailuedun.

Uuni

Kun haluttu “akkutaikina” on kasassa, se “kaulitaan” ohueksi ja joko alumiinista tai kuparista tehdyn folion eli erittäin ohuen, noin hämähäkinseitin pakusuisen, inertiakalvon sisään. Yhteen Neue Klassessa tuotantoon tulevaan akustoon tarvitaan noin 125 kiloa taikinaa.

Kuparikalvo on anodia eli elektrolyyttisessä prosessissa sitä elektrodia varten, jolla hapetusreaktio tapahtuu. Kupari on puolestaan katodia eli anodin vastaparia varten.

Kalvot kulkevat 25 metriä pitkän ”uunin” eli 25 metriä pitkän kuivurin läpi, missä liuotin poistetaan lämpötiloja vaihtelemalla kalvosta. Ja tässä tapauksessa uuni on tosin enemmänkin pakastin.

Seuraavaksi kalvot tiivistetään ja leveä kalvo suikaloidaan kuuteen osaan. Sitten ohuet kalvot kääritään rullalle, ja elektrodit kelataan yhdessä erottimen kanssa niin sanotuksi hyytelörullaksi.

Seuraavaksi kennot kasataan kokoon eli hyytelörullien johdinkalvot tasoitetaan, yhdistetään ja asetetaan kennon koteloon. Lopuksi kenno sitten vielä suljetaan tiiviisti. Viimeisenä vaiheena akut luonnollisesti vielä testataan.

Akkukennon halkaisija on 46 millimetriä, ja sen pituus on joko 95 tai 120 mm. Kenno painaa reilut 400 grammaa.

Tuotanto, kustannukset, hiilijalanjälki

Eikä Parsdorfissa ole siis kyse pelkästä oikean reseptin löytämisestä vaan myös valmistusteknologian kehittämisestä. BMW:llä akkujen tuotannossa tullaan käytetään vain uusiutuvaa energiaa, ja lisäksi käytetään niin paljon kierrätettyä kobolttia kuin mahdollista. Kaikki tämä pienentää tuotannon hiilijalanjälkeä – BMW:n mukaan jopa 60 prosentilla.

Moni autonvalmistaja on sähköautoissa yhä edelleen uuden edessä, jossa kaikki yrittävät oppia ja ymmärtää akkuteknologista niin paljon kuin mahdollista.

Neue Klasse ja kiinteäelektrolyyttiset akut

Parsdorfissa kehityksen alla olevat akut päätyvät lopulta siis vuonna 2025 tuotantoon tulevaan BMW:n seuraavan sukupolven sähköautoperheeseen eli Neue Klasseen.

BMW itse puhuu kuudennen sukupolven akuista. Niissä käytetään enemmän nikkeliä ja piitä ja vähemmän kobolttia. Tämä lisää akuston energiatiheyttä 20 prosentilla, nopeuttaa latausta 30 prosentilla ja pidentää autojen toimintasädettä 30 prosenttia aiempiin sukupolviin verrattuna.

Näin siis BMW:n mukaan. Kyseessä on melkoinen hyppy eteenpäin. Kun ennen kilpailtiin moottoritekniikassa, sähkömoottorit ovat sinänsä melko yksinkertaisia. Kilpailu on siirtynyt akkuihin.

Ja jossain vaiheessa kilpaillaan varmasti myös raaka-aineista ja koko tuotantoketjun toimivuudesta. Tässä BMW haluaa selvästi olla aloitteellinen ja olla mukana rakentamassa ja omistamassa entistä suuremman osan koko  tuotantoketjusta.

Ja kun puheet on tällä kertaa pidetty, tähän samaan tilaan Parsdorfissa aukeaa piakkoin toinen akkujen kehitysyksikkö, missä BMW alkaa työstää tosissaan myös kiinteäelektrolyyttisiä akkuja. Niiden avulla siirrytään akkujen kehityksessä taas uusi iso askel eteenpäin.

Todennäköistä on myös se, että akkujen kehittyessä autoihin on mahdollista valita entistä paremmin omaan tarkoitukseen parhaiten sopiva ratkaisu. Näin sopisi ainakin toivoa, sillä akku muodostaa ison osan koko sähköauton hinnasta.

Kun latausinfra kehittyy, ja yhä useampi pystyy lataamaan autoa joko kotonaan tai työpaikalla, sekä pikalatauksen että suurien akkupakettien tarve vähenee.

Teksti: Vesa Eskola, kuvat BMW