Литиевите батерии, незаменим източник на енергия в нашето ежедневие, са навсякъде от мобилни телефони и лаптопи до електрически автомобили. Но чудили ли сте се някога защо в литиевата батерия алуминиевото фолио се използва като токоприемник на положителния електрод, докато медното фолио се използва като токоприемник на отрицателния електрод? Причината за това е едновременно интересна и научна.
Да започнем с проводимостта. Медта и алуминият са метални материали с отлична електрическа проводимост и са относително достъпни. В литиевата батерия основната задача на положителния и отрицателния колектор на ток е ефективно да прехвърлят електрическата енергия, преобразувана от химическа енергия. Медното алуминиево фолио естествено се превърна в първия избор поради отличната си проводимост и умерена цена.
Стабилността също е важен фактор при избора на медно и алуминиево фолио. Алуминият лесно образува плътен оксиден филм във въздуха. Този филм не само предотвратява по-нататъшното окисляване на алуминия, но също така осигурява защитен слой за алуминия в електролита. Медта, от друга страна, е доста стабилна на сух въздух. Тази стабилност гарантира, че медното алуминиево фолио може да работи стабилно дълго време в литиевата батерия.
Но интересното е, че потенциалът на положителните и отрицателните електроди на литиевите батерии определя специалната комбинация от алуминиево фолио за положителния електрод и медно фолио за отрицателния електрод. Потенциалът на положителния електрод е висок и ако тук се използва медно фолио, то лесно ще се окисли. Окислителният потенциал на алуминия е висок, а оксидният филм на повърхността му има добър защитен ефект върху вътрешния алуминий. Следователно използването на алуминиево фолио върху положителния електрод е по-подходящ избор.
Металният алуминий има изключително висока реактивност с литий и лесно образува интерстициални съединения, които консумират голямо количество литий и разрушават структурата на алуминия. За разлика от това, медта има само малък капацитет за вмъкване на литий по време на зареждане и разреждане на батерията и може да поддържа стабилна структура и електрохимични свойства, така че е по-подходяща като колектор на ток за отрицателния електрод.
Струва си да се спомене, че с непрекъснатото развитие на технологията за литиеви батерии, дебелината на медното и алуминиевото фолио също непрекъснато намалява. От 16um в началото до 10um или дори 8um днес, намаляването на дебелината не само намалява теглото и обема на батерията, но също така увеличава енергийната плътност на батерията. В същото време грапавостта на повърхността на токоприемника също оказва важно влияние върху работата на батерията. Асиметричната структура на повърхността може да доведе до асиметрия в контактното съпротивление на покритието и несъответствие в силата на свързване, като по този начин повлияе на цикъла на живот на батерията.
Появата на натриево-йонни батерии донесе нови възможности за материали за токоотводи. За разлика от литиево-йонните батерии, алуминиевото фолио може да се използва както за положителни, така и за отрицателни токоотводи на натриево-йонни батерии. Това е така, защото алуминият и натрият не претърпяват легиращи реакции при ниски потенциали. Това откритие не само намалява производствените разходи за натриево-йонни батерии, но и предоставя нови възможности за бъдещото им развитие.
Изборът на алуминиево фолио за положителен електрод и медно фолио за отрицателен електрод на литиевите батерии не е случаен, а оптималната комбинация, която е научно доказана и проверена в практиката. Тази комбинация не само гарантира ефективната и стабилна работа на литиевите батерии, но също така осигурява непрекъснато захранване за различни електронни устройства в нашето ежедневие.