Ohutkalvoiset kiinteän olomuodon akut voisivat olla pienten elektroniikkalaitteiden virtalähteiksi nykyisiä akkuja parempia. Niiden käyttöönottoa hidastavat edelleen valmistushaasteet, kertoo Turun yliopistolla perjantaina tarkastettavassa MSc Arman Hasan väitöstutkimuksessaan. Ne kestäisivät selvityksen mukaan litiumioniakkuja pidempään, toimivat luotettavammin ja aiheuttavat vähemmän turvallisuusriskejä.
Turun yliopistossa perjantaina 20.2.2026 tarkastettavassa Arman Hasanin väitöskirjatyössä esitellään valmistukseen myös erilaisia termisen ruiskutuksen menetelmiä ja laserjälkikäsittelytekniikoita. Kiinteän olomuodon ohutkalvoiset akut voidaan valmistaa selvityksen mukaan jopa vain millimetrin murto-osien paksuisiksi.
Hasanin selvityksen mukaan kiinteän muodon akkusoveltuvat parhaiten hyvin pieniin laitteisiin, kuten antureihin, lääketieteellisiin implantteihin, muuhun mikroelektroniikkaan ja sähköajoneuvoihin. Niiden turvallisuus, kestävyys sekä pienelektroniikkaa soveltuminen tekevät niistä tärkeän akkuteknologian, jota on syytä kehittää edelleen, Arman Hasanin kertoo
Kiinteän olomuodon akkujen valmistus on edelleen monista eduistaan huolimatta vaikeaa ja kallista. Tuotantomenetelmät ovat myös hitaita, rajoittuvat suhteellisen pienille alueille ja vaativat useita erillisiä käsittelyvaiheita. Etenkin jos halutaan pinnoittaa suurempia tai monimutkaisempia komponentteja.
Yksi suurimmista haasteista on myös löytää nopeampia ja käytännöllisempiä tapoja valmistaa ohuita keraamisia pinnoitekerroksia, jotka muodostavat akun keskeiset osat. Hasanin tutkimuksessa tarkasteltiin siihen uusiamenetelmiä, joissa käytetään eri termisen ruiskutuksen menetelmiä ja laserjälkikäsittelytekniikoita.
Terminen ruiskutus tarkoittaa sellaista pintakäsittelymenetelmää, jossa sulatettua materiaalia ruiskutetaan kaasun avulla pinnalle esimerkiksi sen suojaamiseksi ja parantamiseksi. Siinä laserjälkikäsittelyssä tehtyä pinnoitetta sulatetaan lasersäteen avulla, jotta siitä tulee esimerkiksi tiiviimpi, kovempi ja tasaisempi.
Näitä tekniikoita käytetään jo laajalti teollisuudessa suurten pintojen nopeaan ja tehokkaaseen pinnoittamiseen erilaisissa sovelluksissa, mutta ei vielä akkuvalmistuksessa. Tutkimuksessa menetelmää sovellettiin kahteen akun kannalta kriittiseen osaan: anodiin, joka varastoi litiumia latauksen aikana, sekä kiinteään elektrolyyttiin, joka mahdollistaa litiumionien turvallisen liikkumisen akun sisällä.
Väitöskirjatutkimuksen tulokset osoittavat, että eri termisen ruiskutuksen menetelmät vaikuttavat merkittävästi materiaalien laatuun. Osa menetelmistä säilytti akkumateriaalien ominaisuudet hyvin, kun taas toiset aiheuttivat vaurioita, erityisesti litiumin menetystä. Nämä erot vaikuttivat hänen mukaansa voimakkaasti akkukerrosten toimivuuteen.
Lisäksi havaittiin, että ruiskutuksen jälkeen tehtävä lyhyt laserjälkikäsittely voi parantaa pinnoitekerrosten laatua huomattavasti. Tämä käsittely teki pinnoitteista tiheämpiä, sileämpiä ja tasaisempia ilman, että koko akku ylikuumeni.
Tutkimuksessa hyödynnettiin Turun synkrotronitutkimuslaitosten mittausvälineitä, joiden avulla oli mahdollista tarkastella akun kerroksia hyvin yksityiskohtaisesti ja tarkasti. Välineiden avulla voitiin havaita muutoksia, joita ei ole mahdollista nähdä tavallisilla laboratoriolaitteilla. Näin tutkimuksessa voitiin selvästi yhdistää valmistusmenetelmät materiaalin laatuun ja akun suorituskykyyn.
Lisää: MSc Arman Hasani esittää väitöskirjansa ”Advanced Characterization of Thermally Sprayed Thin-Film All-Solid-State Batteries” (LINKKI), pdf 8 Mt. Väitös järjestetään Turun yliopistolla perjantaina 20.2.2026 klo 12.00.
Kuvituskuva: UT