Jekk iżarma batterija tal-litju-jone, issib li l-elettrodu pożittiv juża fojl tal-aluminju, filwaqt li l-elettrodu negattiv juża fojl tar-ram. Ħafna nies huma kurjużi meta jitgħallmu għall-ewwel darba dan id-dettall: għaliex ir-rwoli ma jistgħux jinqalbu? Għaliex ma tużax fojl tar-ram għall-elettrodu pożittiv u fojl tal-aluminju għan-negattiv? It-tweġiba hija ċara: sempliċement mhux se taħdem. L-iskambju tagħhom jipprevjeni li l-batterija taħdem sew u tista 'saħansitra twassal għal kwistjonijiet ta' sikurezza. Biex nifhmu dan, l-ewwel irridu nħarsu lejn il-kolletturi attwali. X'inhu kollettur kurrenti? Fi kliem sempliċi, jaġixxi bħala l-"wiring" intern tal-batterija. Peress li materjali ta 'elettrodi pożittivi u negattivi huma f'forma ta' trab u ma jistgħux jiġu konnessi direttament ma 'wajers esterni, għandhom ikunu miksija fuq fojl tal-metall; dan il-fojl jiġbor il-kurrent u jittrasmettih liċ-ċirkwit estern. Il-fojl fuq in-naħa pożittiva jissejjaħ il-kollettur tal-kurrent pożittiv, u dak fuq in-naħa negattiva huwa l-kollettur tal-kurrent negattiv. Allura, għaliex speċifikament tuża l-aluminju għan-naħa pożittiva u r-ram għan-negattiv? Niżel għal punt ewlieni wieħed: il-potenzjali operattivi tal-elettrodi pożittivi u negattivi jvarjaw ħafna. Kollettur tal-kurrent għandu jibqa' stabbli fil-firxa potenzjali speċifika tiegħu-ma jistax jissaddad jew jgħaddi minn reazzjonijiet kimiċi. Għaliex għandu jintuża fojl tar-ram għall-elettrodu negattiv? Meta elettrodu negattiv tal-grafita jiġi ċċarġjat kompletament, il-potenzjal tiegħu jinżel għal qrib 0V (relattiv għal elettrodu tal-litju)-livell estremament baxx. L-aluminju jġib ruħu b'mod diżastruż f'dan il-potenzjal. Ir-riċerka turi li meta l-potenzjal tal-aluminju jaqa 'taħt 0.284V (relattiv għal elettrodu tal-litju), joni tal-litju "intercalate" fil-kannizzata tal-kristall tal-aluminju, li jiffurmaw liga tal-litju-aluminju. Dan il-proċess tal-liga jikkawża espansjoni massiva tal-volum-il-volum tal-aluminju jespandi bi kważi 97%. Wara ftit ċikli ta' ċarġ-ċarġ, il-fojl tal-aluminju jitfarraġ u jitfarraġ, u jitlef kompletament il-funzjoni tiegħu bħala kollettur tal-kurrent. Barra minn hekk, dan il-proċess jikkonsma ammont kbir ta 'litju attiv, u jikkawża li l-kapaċità tal-batterija tonqos. Ir-ram, min-naħa l-oħra, huwa ħafna aktar stabbli f'potenzjal baxx. Ma tifformax ligi stabbli bil-litju; fi ħdan il--firxa ta 'potenzjal baxx ta' l-elettrodu negattiv, la tgħaddi minn tnaqqis u lanqas korrużjoni, u żżomm l-integrità strutturali u l-konduttività affidabbli. Anke jekk il-kisi tal-litju jseħħ fl-elettrodu negattiv, il-kollettur tal-kurrent tar-ram jibqa 'bla ħsara. Għalhekk, fojl tar-ram biss huwa adattat għall-elettrodu negattiv; fojl tal-aluminju mhux se jaħdem. Għaliex għandu jintuża fojl tal-aluminju għall-elettrodu pożittiv? Materjali ta 'elettrodi pożittivi mainstream joperaw f'potenzali bejn 2.5V u 4.3V (relattiv għal elettrodu tal-litju), li jikkostitwixxi firxa ta' potenzjal ta 'ossidazzjoni għolja. Ir-ram ma jistax jiflaħ dan l-ambjent. Ir-reżistenza għall-ossidazzjoni tagħha hija limitata; f'potenzjali għoljin li jaqbżu l-4V, jossidizza f'jonji tar-ram u jinħall fl-elettrolit. Lil hinn mill-korrużjoni gradwali tal-kollettur tal-kurrent innifsu, il-jonji tar-ram maħlul jistgħu jemigraw mis-separatur u jiddepożitaw fuq il-wiċċ tal-anodu, u jikkawżaw mikro-shorts circuits interni. Dan iwassal għal degradazzjoni kontinwa tal-kapaċità u riskji ta' sikurezza li qed jiżdiedu. L-aluminju, bil-maqlub, jibqa' stabbli f'potenzjali għoljin. B'mod naturali jifforma saff ta 'passivazzjoni dens ta' ossidu tal-aluminju (Al₂O₃) meta espost għall-arja. Għalkemm dan is-saff huwa elettrikament iżolanti, huwa biss nanometri ħxuna, li jippermetti li l-elettroni jgħaddu permezz tal-"effett tal-quantum tunneling." Dan jiżgura li l-konduttività tibqa 'mingħajr xkiel filwaqt li s-saff jaġixxi bħala armatura, u jipproteġi l-aluminju sottostanti minn aktar ossidazzjoni. Il-fojl tal-aluminju jibqa 'stabbli anke f'potenzjali ta' 4.5V jew ogħla. Konsegwentement, fojl tal-aluminju huwa l-unika għażla adattata għall-kollettur tal-kurrent tal-katodu; fojl tar-ram mhuwiex. Lil hinn mill-kriterju kritiku tal-istabbiltà elettrokimika, bosta fatturi prattiċi jinfluwenzaw l-għażla bejn fojl tar-ram u tal-aluminju: Konduttività. Kemm ir-ram kif ukoll l-aluminju joffru konduttività eċċellenti, it-tieni biss wara l-fidda u d-deheb. Minħabba l-ispiża għolja tal-fidda u d-deheb, ir-ram u l-aluminju jirrappreżentaw l-aktar għażliet kost-effettivi. Piż. L-aluminju għandu densità ta '2.7 g/cm³, filwaqt li r-ram huwa 8.9 g/cm³. L-użu ta 'fojl tal-aluminju għall-katodu inaqqas b'mod sinifikanti l-piż tal-batterija, u jikkontribwixxi sostanzjalment għal densità ogħla ta' enerġija. Spiża. L-aluminju huwa orħos mir-ram, u joffri tfaddil sinifikanti fil-produzzjoni tal-massa. Proċessabilità. Iż-żewġ metalli għandhom duttilità eċċellenti, li tippermettilhom li jiġu rrumblati f'fuljetti ultra-rqaq (6–12-il mikrometru) li jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-proċessi ta' produzzjoni-massa bħall-kisi u l-kalandrar. Kompatibilità ta 'adeżjoni. Is-saff ta 'l-ossidu fuq il-fojl ta' l-aluminju jingħaqad b'mod effettiv ma 'materjali attivi u binders tal-katodu, filwaqt li l-fojl tar-ram joffri twaħħil superjuri bil-grafita ta' l-anodu u l-legaturi. Hemm eċċezzjonijiet? Hemm każ speċjali wieħed: l-anodu tat-titanat tal-litju (LTO). Il-potenzjal operattiv tiegħu huwa ta 'madwar 1.55V, li huwa 'l fuq mil-limitu fejn l-aluminju jgħaddi minn liga. Teoretikament, fojl tal-aluminju jista 'jintuża bħala l-kollettur tal-kurrent tal-anodu biex ikompli jitnaqqsu l-ispejjeż u l-piż; madankollu, l-industrija bħalissa tiddependi primarjament fuq is-soluzzjoni stabbilita tal-fojl tar-ram għall-produzzjoni tal-massa. Barra minn hekk, it-teknoloġija emerġenti tal-kollettur tal-kurrent kompost tiġġustifika l-attenzjoni; ikkaratterizzata minn struttura ta '"substrat tal-polimeru flimkien ma' kisi tal-metall", toffri kemm proprjetajiet ħfief kif ukoll sigurtà mtejba, peress li s-saff tal-metall jinqasam waqt runaway termali biex tinterrompi l-kurrent. Dan jirrappreżenta triq ta' titjib ewlieni għall--ġenerazzjoni li jmiss, batteriji ta'-sigurtà għolja. Nirritornaw għall-mistoqsija inizjali: l-użu ta 'fojl tal-aluminju għall-katodu u fojl tar-ram għall-anodu mhuwiex għażla arbitrarja iżda riżultat inevitabbli ddettat minn prinċipji elettrokimiċi. L-aluminju jipproteġi lilu nnifsu permezz ta' saff ta' passivazzjoni taħt il-kundizzjonijiet ta'-vultaġġ għoli tal-katodu, filwaqt li r-ram iżomm l-istabbiltà permezz tal-inertezza kimika taħt il-kundizzjonijiet ta'-vultaġġ baxx tal-anodu-wieħed jirreżisti l-ossidazzjoni, l-ieħor jirreżisti l-liga; kull wieħed iżomm l-art tiegħu, u l-ebda wieħed ma jista’ jissostitwixxi lill-ieħor.
