Jos purat litiumioniakun{0}}, huomaat, että positiivinen elektrodi käyttää alumiinifoliota ja negatiivinen elektrodi kuparifoliota. Monet ihmiset ovat uteliaita, kun he ensimmäisen kerran oppivat tämän yksityiskohdan: miksi rooleja ei voi vaihtaa? Mikset käyttäisi kuparifoliota positiiviseen elektrodiin ja alumiinifoliota negatiiviseen? Vastaus on selvä: se ei yksinkertaisesti toimi. Niiden vaihtaminen estäisi akkua toimimasta kunnolla ja voi jopa johtaa turvallisuusongelmiin. Tämän ymmärtämiseksi meidän on ensin tarkasteltava nykyisiä keräilijöitä. Mikä on nykyinen keräilijä? Yksinkertaisesti sanottuna se toimii akun sisäisenä "johdotuksena". Koska positiiviset ja negatiiviset elektrodimateriaalit ovat jauhemuodossa eikä niitä voida liittää suoraan ulkoisiin johtoihin, ne on pinnoitettava metallikalvolle; tämä kalvo kerää virran ja välittää sen ulkoiseen piiriin. Positiivisen puolen kalvoa kutsutaan positiiviseksi virran kollektoriksi ja negatiivisen puolen kalvoa negatiiviseksi virran kollektoriksi. Joten miksi käyttää alumiinia positiiviselle puolelle ja kuparia negatiiviselle puolelle? Se liittyy yhteen avainkohtaan: positiivisten ja negatiivisten elektrodien toimintapotentiaalit vaihtelevat suuresti. Virranottimen on pysyttävä vakaana tietyllä potentiaalialueella,-se ei voi syöpyä tai käydä läpi kemiallisia reaktioita. Miksi negatiivisessa elektrodissa on käytettävä kuparifoliota? Kun negatiivinen grafiittielektrodi on täysin ladattu, sen potentiaali putoaa lähelle 0V:ta (litiumelektrodiin verrattuna)-erittäin alhaiselle tasolle. Alumiini käyttäytyy tuhoisasti tällä potentiaalilla. Tutkimukset osoittavat, että kun alumiinin potentiaali laskee alle 0,284 V:n (litiumelektrodiin verrattuna), litiumionit "interkaloituvat" alumiinikidehilaan muodostaen litium-alumiiniseoksen. Tämä seostusprosessi aiheuttaa massiivisen tilavuuden kasvun,{18}}alumiinin tilavuus kasvaa lähes 97 %. Muutaman latauskerran jälkeen{21}}alumiinifolio murenee ja murenee menettäen täysin toimintansa virrankerääjänä. Lisäksi tämä prosessi kuluttaa suuren määrän aktiivista litiumia, mikä aiheuttaa akun kapasiteetin romahtamisen. Kupari sen sijaan on paljon vakaampaa matalilla potentiaalilla. Se ei muodosta stabiileja seoksia litiumin kanssa; negatiivisen elektrodin alhaisella-potentiaalialueella se ei altistu pelkistymiselle eikä korroosiolle, mikä säilyttää rakenteellisen eheyden ja luotettavan johtavuuden. Vaikka negatiivisessa elektrodissa tapahtuu litiumpinnoitusta, kuparivirran kollektori pysyy vahingoittumattomana. Siksi vain kuparifolio sopii negatiiviselle elektrodille; alumiinifolio ei toimi. Miksi positiivisessa elektrodissa on käytettävä alumiinifoliota? Päävirran positiiviset elektrodimateriaalit toimivat 2,5 V:n ja 4,3 V:n välillä (litiumelektrodiin verrattuna), mikä muodostaa korkean hapetuspotentiaalialueen. Kupari ei kestä tätä ympäristöä. Sen hapettumiskestävyys on rajoitettu; suurilla yli 4 V:n potentiaalilla se hapettuu kupari-ioneiksi ja liukenee elektrolyyttiin. Itse virrankerääjän asteittaisen korroosion lisäksi liuenneet kupari-ionit voivat kulkeutua erottimen läpi ja laskeutua anodin pinnalle aiheuttaen sisäisiä mikro{35}}oikosulkuja. Tämä johtaa jatkuvaan kapasiteetin heikkenemiseen ja turvallisuusriskien lisääntymiseen. Alumiini päinvastoin pysyy vakaana suurilla potentiaalilla. Se muodostaa luonnollisesti tiheän alumiinioksidin (Al2O3) passivointikerroksen joutuessaan alttiiksi ilmalle. Vaikka tämä kerros on sähköä eristävä, se on vain nanometrejä paksu, mikä mahdollistaa elektronien kulkemisen "kvanttitunnelointivaikutuksen" kautta. Tämä varmistaa, että johtavuus pysyy esteettömänä, kun kerros toimii panssarina ja suojaa alla olevaa alumiinia lisähapettumiselta. Alumiinifolio pysyy vakaana jopa 4,5 V:n tai suuremmilla jännitteillä. Näin ollen alumiinifolio on ainoa sopiva valinta katodivirran kerääjäksi; kuparifolio ei ole. Sähkökemiallisen stabiilisuuden kriittisen kriteerin lisäksi monet käytännön tekijät vaikuttavat valintaan kuparin ja alumiinifolion välillä: Johtavuus. Sekä kupari että alumiini tarjoavat erinomaisen johtavuuden, hopean ja kullan jälkeen. Kun otetaan huomioon hopean ja kullan korkea hinta, kupari ja alumiini ovat kustannustehokkaimpia vaihtoehtoja. Paino. Alumiinin tiheys on 2,7 g/cm³, kun taas kuparin 8,9 g/cm³. Alumiinifolion käyttö katodissa vähentää merkittävästi akun painoa, mikä lisää merkittävästi energiatiheyttä. Maksaa. Alumiini on halvempaa kuin kupari, mikä tarjoaa merkittäviä säästöjä massatuotannossa. Prosessoitavuus. Molemmilla metalleilla on erinomainen sitkeys, minkä ansiosta ne voidaan rullata erittäin{57}}ohuiksi kalvoiksi (6–12 mikrometriä), jotka täyttävät massatuotantoprosessien, kuten pinnoituksen ja kalanteroinnin, vaatimukset. Adheesion yhteensopivuus. Alumiinifolion oksidikerros sitoutuu tehokkaasti katodiaktiivisiin materiaaleihin ja sideaineisiin, kun taas kuparikalvo tarjoaa erinomaisen sidoksen anodigrafiitin ja sideaineiden kanssa. Onko poikkeuksia? On yksi erikoistapaus: litiumtitanaatti (LTO) -anodi. Sen käyttöjännite on noin 1,55 V, mikä ylittää alumiinin seostumisen kynnyksen. Teoreettisesti alumiinifoliota voitaisiin käyttää anodivirran kerääjänä kustannusten ja painon vähentämiseksi entisestään; teollisuus luottaa kuitenkin tällä hetkellä ensisijaisesti vakiintuneeseen kuparifolioratkaisuun massatuotannossa. Lisäksi nouseva komposiittivirtakeräintekniikka vaatii huomiota; Siinä on "polymeerisubstraatti plus metallipinnoite" -rakenne, ja se tarjoaa sekä kevyitä ominaisuuksia että parannetun turvallisuuden, koska metallikerros murtuu lämmön karkaamisen aikana ja katkaisee virran. Tämä on tärkeä päivityspolku seuraavan-sukupolven, erittäin{70}}turvallisille akuille. Palatakseni alkuperäiseen kysymykseen: alumiinifolion käyttö katodissa ja kuparifolion käyttö anodissa ei ole mielivaltainen valinta, vaan sähkökemiallisten periaatteiden sanelema väistämätön tulos. Alumiini suojaa itseään passivointikerroksen kautta katodin korkean{73}}jännitteen olosuhteissa, kun taas kupari säilyttää stabiiliuden kemiallisen inertin avulla anodin matalajänniteolosuhteissa-yksi vastustaa hapettumista, toinen seostumista; kukin pitää paikkansa, eikä kumpikaan voi korvata toista.
