Kulutuselektroniikan akkujen tekniset ominaisuudet ja markkinaosuudet 2015

Työssä tutkittiin kirjallisuustyönä akkuteknologian nykytilaa ja markkinoita kulutuselektroniikan osalta. Työssä tehtiin myös katsaus potentiaalisiin tulevaisuuden akkuteknologioihin. Työssä havaittiin, että kulutuselektroniikassa ainoat suuresti käytetyt akkutyypit ovat nikkelimetallihybridi- (NiMH) ja litiumioniakut (Li-ion). Tärkeimpänä ominaisuutena kulutuselektroniikassa akuilla yleensä pidetään kapasiteettia, jossa Li-ion akut ovat selvästi parempia jopa kaksinkertaisen energiatiheyden takia. Li-ion akuilla voidaan saavuttaa myös moninkertainen käyttöikä lataussykleinä ja moninkertainen purkausvirta, riippuen käytetystä katodimateriaalista. NiMH akuilla etuna on lähinnä halvempi hinta ja parempi turvallisuus. Toisaalta myös pieni jännite voidaan laskea hyväksi puoleksi, koska NiMH akuilla voidaan korvata kertakäyttöisiä alkaliparistoja. Vuonna 2012 Li-ion akkuja myytiin kapasiteetissa mitattuna jopa kahdeksan kertaa enemmän kuin NiMH akkuja ja myyntimäärien ennustetaan myös kasvavan tulevaisuudessa. Liion akkujen myyntimääristä suurin osa oli kulutuselektroniikan käyttökohteisiin ja jopa kaksi kolmasosaa oli kannettavien tietokoneiden ja kännyköiden akkuja. Uusia akkuteknologioita ja Li-ion akkujen parannuksia on paljon kehitteillä, mutta suurimman potentiaalin ja myös suuret ongelmat kaupallistumiseen omaa litium-ilma akut. Lyhyemmällä aikavälillä potentiaalisia teknologioita ovat litium-rikki akut, sekä nykyisiin Li-ion akkuihin kehitteillä olevat anodimateriaalit kuten esim. pii ja alumiini/titaani, joiden ongelmiin on löydetty ratkaisuja nanoteknologiasta.

In this thesis the technological state and markets of rechargeable batteries used in consumer electronics were investigated as a literature review. Some of the potential future battery technologies were also investigated. It was concluded that only nickel–metal hydride (NiMH) and lithium-ion (Li-ion) batteries are largely used in consumer electronics. The most desirable specification with batteries in consumer electronics devices is the battery capacity in which the Li-ion batteries are much better than NiMH by having up to twice the energy density of typical NiMH battery. Li-ion batteries can also have multiple times better cycle life and continuous load capability than NiMH batteries depending on the cathode material used. Only advantages NiMH batteries have, are lower price and better safety. Lower voltage can also be counted as an advantage because NiMH batteries can be used to replace nonrechargeable alkaline batteries. In 2012 Li-ion batteries were sold eight times more than NiMH batteries when measured in capacity and the future trend is upwards. Noticeably most of the capacity sold was used in consumer electronics and about two thirds was used in laptop and cellular phone batteries. There is much research going on in completely new battery technologies and improvements on existing Li-ion batteries. In the long term lithium-air battery has the most potential of the future batteries and unfortunately big problems as well before commercialization can happen. In the shorter term there is potential in lithium-sulfur batteries and in new Li-ion anode materials. Potential anode materials include silicon and aluminum/titan both of which previously had problems with their usage but solution might have been found in nanotechnology.