Lítiové batérie, nenahraditeľný zdroj energie v našom každodennom živote, sú všade od mobilných telefónov a notebookov až po elektrické autá. Zamysleli ste sa však niekedy nad tým, prečo sa vo vnútri lítiovej batérie používa hliníková fólia ako zberač prúdu kladnej elektródy, zatiaľ čo medená fólia sa používa ako zberač prúdu zápornej elektródy? Dôvod je zaujímavý aj vedecký.
Začnime s vodivosťou. Meď a hliník sú kovové materiály s vynikajúcou elektrickou vodivosťou a sú relatívne cenovo dostupné. V rámci lítiovej batérie je hlavnou úlohou kladných a záporných kolektorov prúdu efektívne prenášať elektrickú energiu premenenú z chemickej energie. Medená hliníková fólia sa prirodzene stala prvou voľbou vďaka svojej vynikajúcej vodivosti a nízkej cene.
Dôležitým faktorom pri výbere medenej a hliníkovej fólie je aj stabilita. Hliník ľahko vytvára vo vzduchu hustý oxidový film. Táto fólia nielenže zabraňuje ďalšej oxidácii hliníka, ale poskytuje aj vrstvu ochrany hliníka v elektrolyte. Meď je na druhej strane celkom stabilná na suchom vzduchu. Táto stabilita zaisťuje, že medená hliníková fólia môže vo vnútri lítiovej batérie pracovať stabilne po dlhú dobu.
Čo je však zaujímavé je, že potenciál kladných a záporných elektród lítiových batérií určuje špeciálnu kombináciu hliníkovej fólie pre kladnú elektródu a medenej fólie pre zápornú elektródu. Potenciál kladnej elektródy je vysoký a ak sa tu použije medená fólia, medená fólia sa ľahko oxiduje. Oxidačný potenciál hliníka je vysoký a oxidový film na jeho povrchu má dobrý ochranný účinok na vnútorný hliník. Preto je vhodnejšou voľbou použitie hliníkovej fólie na kladnej elektróde.
Kovový hliník má extrémne vysokú reaktivitu s lítiom a ľahko vytvára intersticiálne zlúčeniny, ktoré spotrebúvajú veľké množstvo lítia a ničia štruktúru hliníka. Na rozdiel od toho má meď iba malú kapacitu vkladania lítia počas nabíjania a vybíjania batérie a môže si zachovať stabilnú štruktúru a elektrochemické vlastnosti, takže je vhodnejšia ako zberač prúdu pre zápornú elektródu.
Stojí za zmienku, že s neustálym vývojom technológie lítiových batérií sa neustále znižuje aj hrúbka medenej a hliníkovej fólie. Zo 16um v prvých dňoch na 10um alebo dokonca 8um dnes, zmenšenie hrúbky nielen znižuje hmotnosť a objem batérie, ale tiež zvyšuje energetickú hustotu batérie. Zároveň drsnosť povrchu zberača prúdu má tiež dôležitý vplyv na výkon batérie. Asymetrická povrchová štruktúra môže viesť k asymetrii v kontaktnom odpore povlaku a nekonzistentnosti v sile spojenia, čím sa ovplyvňuje životnosť batérie.
Vznik sodíkovo-iónových batérií priniesol nové možnosti pre materiály kolektorov prúdu. Na rozdiel od lítium-iónových batérií možno hliníkovú fóliu použiť pre zberače kladného aj záporného prúdu sodíkovo-iónových batérií. Je to preto, že hliník a sodík nepodliehajú legujúcim reakciám pri nízkych potenciáloch. Tento objav nielenže znižuje výrobné náklady sodíkovo-iónových batérií, ale poskytuje aj nové možnosti pre ich budúci vývoj.
Voľba hliníkovej fólie pre kladnú elektródu a medenej fólie pre zápornú elektródu lítiových batérií nie je náhodná, ale je to optimálna kombinácia, ktorá bola vedecky preukázaná a testovaná v praxi. Táto kombinácia zaisťuje nielen efektívnu a stabilnú prevádzku lítiových batérií, ale poskytuje aj nepretržité napájanie rôznych elektronických zariadení v našom každodennom živote.