Älykkäitä liikkuvia työkoneita käytetään monissa ammatillisissa sovelluskohteissa. Päästötavoitteet ja lainsäädäntö ovat pakottaneet valtioita panostamaan ympäristöystävällisten akkuteknologioiden kehittämiseen hiilijalanjäljen minimoimiseksi. Tässä työssä selvitetään potentiaalisimmat kehitteillä olevat ympäristöystävälliset akkuteknologiat ja arvioidaan niiden mahdollista kaupallistumista älykkäissä työkoneissa. Lisäksi vertaillaan selvitettyjen akkuteknologioiden teknisiä ominaisuuksia, haasteita ja liiketoiminta-aspekteja.

Akkujen tarve on viime vuosina lisääntynyt merkittävästi ja lisääntyy edelleen liikenteen sähköistymisen takia. Tällä hetkellä suosiossa olevat litiumioniakut alkavat kuitenkin saavuttaa teoreettisia rajojaan kehityksen suhteen. Litiumioniakuissa käytetään nikkeliä ja kobolttia, joiden saatavuus on tulevaisuudessa kyseenalaista. Nikkeli ja koboltti ovat myös ympäristölle haitallisia raskasmetalleja. Uusia ympäristöystävällisempiä akkuteknologioita kehitetään kohtaamaan tulevaisuuden haasteet kestävyyden, kustannusten ja materiaalien riittävyyden näkökulmasta.

Tässä työssä esitellään neljä ympäristöystävällistä akkuteknologiaa, joita voidaan mahdollisesti käyttää älykkäiden työkoneiden sähköistyksessä. Akkuteknologiat ovat kaksoishiiliakku, litium-ilma-akku, litium-rikkiakku ja natriumioniakku. Litium-rikkiakku ja natriumioniakku perustuvat pitkälti nykyisen litiumioniakun tekniikkaan. Kaikista esiteltävistä akkuteknologioista on saatu poistettua koboltti ja nikkeli.

Kaksoishiiliakku on uudelleenladattava akku, joka käyttää anodi- ja katodimateriaalinaan hiiltä. Sen etuja ovat edullisuus, kierrätettävyys ja suorituskyky. Kaksoishiiliakun haasteita ovat oikeanlaisen elektrolyytin kehittäminen ja itsepurkautuminen. Litium-ilma-akku koostuu litium anodista ja ilmakatodista. Sen kiinnostavia piirteitä ovat korkea energiatiheys ja edullisuus. Litium-ilma-akun haasteena ovat alhainen purkautumisnopeus ja turvallisuusongelmat. Litium-rikkiakussa käytetään katodimateriaalina rikkiä, joka mahdollistaa korkean energiatiheyden. Muita etuja ovat esimerkiksi turvallisuus ja laajempi käyttöalue lämpötilan näkökulmasta. Litium-rikkiakuissa ongelmana ovat rikin huono sähkönjohtavuus ja akun huono syklinen kestävyys. Natriumioniakkujen kehitystä motivoivat natriumin edullisuus ja hyvä saatavuus. Haasteina niissä ovat elektrodien valinta ja energiatiheyden ja käyttöjännitteen kehittäminen.

Läpikäydyissä akkuteknologioissa on kussakin omat etunsa ja haasteensa. Selvää on, että kehitystyön täytyy jatkua vielä, jotta akkujen kaupallistuminen on mahdollista. Näissä akkuteknologioissa on kuitenkin potentiaalia nykyisten litiumioniakkujen korvaajaksi ympäristökysymysten noustessa yhä tärkeämmäksi aiheeksi.