Jei išardysite ličio{0}}jonų akumuliatorių, pastebėsite, kad teigiamas elektrodas yra aliuminio folija, o neigiamas – vario folija. Daugeliui žmonių įdomu, kai jie pirmą kartą sužino šią detalę: kodėl negalima pakeisti vaidmenų? Kodėl teigiamam elektrodui nenaudojus varinės folijos, o neigiamam – aliuminio folijos? Atsakymas aiškus: tai tiesiog neveiks. Pakeitus juos, akumuliatorius negalėtų tinkamai veikti ir netgi gali kilti saugos problemų. Norėdami tai suprasti, pirmiausia turime pažvelgti į dabartinius kolekcininkus. Kas yra srovės kolektorius? Paprasčiau tariant, jis veikia kaip vidinis akumuliatoriaus „laidas“. Kadangi teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagos yra miltelių pavidalo ir negali būti tiesiogiai prijungtos prie išorinių laidų, jos turi būti padengtos metaline folija; ši folija surenka srovę ir perduoda ją į išorinę grandinę. Teigiamos pusės folija vadinama teigiamu srovės kolektorius, o neigiama - neigiama srovės kolektorius. Taigi, kodėl specialiai naudoti aliuminį teigiamai pusei ir varį neigiamai? Tai susiję su vienu esminiu dalyku: teigiamų ir neigiamų elektrodų veikimo potencialai labai skiriasi. Srovės kolektorius turi išlikti stabilus tam tikrame potencialo diapazone-, jis negali rūdyti ar įvykti cheminių reakcijų. Kodėl neigiamam elektrodui turi būti naudojama varinė folija? Kai grafito neigiamas elektrodas yra visiškai įkrautas, jo potencialas sumažėja iki beveik 0 V (ličio elektrodo atžvilgiu) -labai žemo lygio. Esant tokiam potencialui, aliuminis elgiasi pražūtingai. Tyrimai rodo, kad kai aliuminio potencialas nukrenta žemiau 0,284 V (ličio elektrodo atžvilgiu), ličio jonai „įsiterpia“ į aliuminio kristalinę gardelę, sudarydami ličio -aliuminio lydinį. Dėl šio legiravimo proceso labai padidėja tūris,{18}}aliuminio tūris padidėja beveik 97 %. Vos po kelių įkrovimo{21}}iškrovimo ciklų aliuminio folija sutrupėja ir trupa, visiškai prarasdama savo, kaip srovės surinkėjo, funkciją. Be to, šis procesas sunaudoja daug aktyvaus ličio, todėl akumuliatoriaus talpa smarkiai sumažėja. Kita vertus, varis yra daug stabilesnis esant mažam potencialui. Jis nesudaro stabilių lydinių su ličiu; esant žemam-neigiamo elektrodo potencialo diapazonui, jis nevyksta nei redukcija, nei korozija, todėl išlaikomas konstrukcijos vientisumas ir patikimas laidumas. Net jei neigiamas elektrodas padengtas ličiu, vario srovės kolektorius lieka nepažeistas. Todėl neigiamam elektrodui tinka tik varinė folija; aliuminio folija neveiks. Kodėl teigiamam elektrodui turi būti naudojama aliuminio folija? Pagrindinės teigiamų elektrodų medžiagos veikia esant potencialams nuo 2,5 V iki 4,3 V (lyginant su ličio elektrodu), o tai sudaro didelį oksidacijos potencialo diapazoną. Varis negali atlaikyti šios aplinkos. Jo atsparumas oksidacijai yra ribotas; esant dideliam potencialui, viršijančiam 4V, oksiduojasi į vario jonus ir ištirpsta elektrolite. Be laipsniško paties srovės kolektoriaus korozijos, ištirpę vario jonai gali migruoti per separatorių ir nusėsti ant anodo paviršiaus, sukeldami vidinius mikro{35}trumpuosius jungimus. Dėl to nuolat mažėja pajėgumai ir didėja saugos rizika. Aliuminis, atvirkščiai, išlieka stabilus esant dideliam potencialui. Jis natūraliai sudaro tankų aliuminio oksido (Al2O3) pasyvavimo sluoksnį, kai yra veikiamas oro. Nors šis sluoksnis yra elektrą izoliuojantis, jis yra tik nanometrų storio, todėl elektronai gali praeiti pro „kvantinio tunelio efektą“. Tai užtikrina, kad laidumas išliks netrukdomas, o sluoksnis veikia kaip šarvas, apsaugantis apatinį aliuminį nuo tolesnio oksidacijos. Aliuminio folija išlieka stabili net esant 4,5 V ar didesniam potencialui. Vadinasi, aliuminio folija yra vienintelis tinkamas katodo srovės kolektoriaus pasirinkimas; vario folija nėra. Be kritinio elektrocheminio stabilumo kriterijaus, vario ir aliuminio folijos pasirinkimą įtakoja keli praktiniai veiksniai: Laidumas. Tiek varis, tiek aliuminis pasižymi puikiu laidumu, antra po sidabro ir aukso. Atsižvelgiant į dideles sidabro ir aukso kainas, varis ir aliuminis yra ekonomiškai{47}}efektyviausi variantai. Svoris. Aliuminio tankis yra 2,7 g/cm³, o vario – 8,9 g/cm³. Aliuminio folijos naudojimas katodui žymiai sumažina baterijos svorį, o tai žymiai padidina energijos tankį. Kaina. Aliuminis yra pigesnis nei varis, todėl masinėje gamyboje galima sutaupyti daug. Apdorojamumas. Abu metalai pasižymi puikiu lankstumu, todėl juos galima susukti į itin ploną (6–12 mikrometrų) foliją, atitinkančią masinės{60}gamybos procesų, pvz., dengimo ir kalandravimo, reikalavimus. Suderinamumas su sukibimu. Aliuminio folijos oksido sluoksnis efektyviai jungiasi su katodo aktyviosiomis medžiagomis ir rišikliais, o vario folija užtikrina puikų sukibimą su anodiniu grafitu ir rišikliais. Ar yra išimčių? Yra vienas ypatingas atvejis: ličio titanato (LTO) anodas. Jo veikimo potencialas yra apie 1,55 V, o tai viršija aliuminio legiravimo slenkstį. Teoriškai aliuminio folija galėtų būti naudojama kaip anodo srovės kolektorius, siekiant dar labiau sumažinti išlaidas ir svorį; tačiau pramonė šiuo metu daugiausia remiasi įprastu vario folijos sprendimu masinei gamybai. Be to, reikia atkreipti dėmesį į besiformuojančią kompozicinę srovės kolektoriaus technologiją; su „polimero pagrindo ir metalinės dangos“ struktūra, jis pasižymi lengvomis savybėmis ir padidintu saugumu, nes metalo sluoksnis lūžta terminio bėgimo metu ir nutraukia srovę. Tai yra pagrindinis naujos-kartos aukštos{70}saugos akumuliatorių naujovinimo kelias. Grįžtant prie pradinio klausimo: aliuminio folijos katodui ir vario folijos anodui naudojimas nėra savavališkas pasirinkimas, o neišvengiamas rezultatas, nulemtas elektrocheminių principų. Aliuminis apsaugo save per pasyvavimo sluoksnį esant aukštai -katodo įtampai, o varis išlaiko stabilumą dėl cheminio inertiškumo žemos -anodo įtampos sąlygomis{75}}vienas atsparus oksidacijai, kitas – legiravimui; kiekvienas laikosi savo pagrindo ir nė vienas negali pakeisti kito.
