باتریهای لیتیومی، منبع ضروری انرژی در زندگی روزمره ما، در همه جا از تلفنهای همراه و لپتاپ گرفته تا خودروهای الکتریکی وجود دارند. اما آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا در داخل باتری لیتیومی، از فویل آلومینیومی به عنوان جمع کننده جریان الکترود مثبت استفاده می شود، در حالی که از فویل مسی به عنوان جمع کننده جریان الکترود منفی استفاده می شود؟ دلیل این امر هم جالب و هم علمی است.
بیایید با رسانایی شروع کنیم. مس و آلومینیوم هر دو مواد فلزی با هدایت الکتریکی عالی هستند و نسبتاً مقرون به صرفه هستند. در باتری لیتیومی، وظیفه اصلی کلکتورهای جریان مثبت و منفی انتقال موثر انرژی الکتریکی تبدیل شده از انرژی شیمیایی است. فویل آلومینیوم مس به دلیل رسانایی عالی و قیمت متوسط به طور طبیعی به اولین انتخاب تبدیل شده است.
ثبات نیز عامل مهمی در انتخاب فویل مس و آلومینیوم است. آلومینیوم به راحتی یک لایه اکسید متراکم در هوا تشکیل می دهد. این فیلم نه تنها از اکسید شدن بیشتر آلومینیوم جلوگیری می کند، بلکه یک لایه محافظ برای آلومینیوم در الکترولیت ایجاد می کند. از طرف دیگر مس در هوای خشک کاملاً پایدار است. این پایداری تضمین می کند که فویل آلومینیومی مسی می تواند برای مدت طولانی در داخل باتری لیتیومی پایدار کار کند.
اما نکته جالب این است که پتانسیل الکترودهای مثبت و منفی باتری های لیتیومی، ترکیب خاص فویل آلومینیومی برای الکترود مثبت و فویل مسی برای الکترود منفی را تعیین می کند. پتانسیل الکترود مثبت زیاد است و اگر در اینجا از فویل مسی استفاده شود، فویل مسی به راحتی اکسید می شود. پتانسیل اکسیداسیون آلومینیوم بالا است و فیلم اکسید روی سطح آن اثر محافظتی خوبی بر روی آلومینیوم داخلی دارد. بنابراین استفاده از فویل آلومینیومی روی الکترود مثبت انتخاب مناسب تری است.
فلز آلومینیوم واکنش پذیری فوق العاده بالایی با لیتیوم دارد و به راحتی ترکیبات بینابینی را تشکیل می دهد که مقدار زیادی لیتیوم را مصرف کرده و ساختار آلومینیوم را از بین می برد. در مقابل، مس تنها ظرفیت درج لیتیوم کمی در هنگام شارژ و دشارژ باتری دارد و می تواند ساختار پایدار و خواص الکتروشیمیایی را حفظ کند، بنابراین به عنوان جمع کننده جریان برای الکترود منفی مناسب تر است.
شایان ذکر است با توسعه مداوم فناوری باتری لیتیومی، ضخامت فویل مس و آلومینیوم نیز به طور مداوم کاهش می یابد. کاهش ضخامت از 16 میلی متر در روزهای اولیه تا 10 یا حتی 8 میلی متر امروزه، نه تنها وزن و حجم باتری را کاهش می دهد، بلکه چگالی انرژی باتری را نیز افزایش می دهد. در عین حال، ناهمواری سطح کلکتور جریان نیز تأثیر مهمی بر عملکرد باتری دارد. ساختار سطحی نامتقارن ممکن است منجر به عدم تقارن در مقاومت تماس پوشش و ناهماهنگی در استحکام پیوند شود و در نتیجه بر عمر چرخه باتری تأثیر بگذارد.
ظهور باتری های یون سدیم گزینه های جدیدی را برای مواد کلکتور فعلی به ارمغان آورده است. برخلاف باتریهای لیتیوم یون، فویل آلومینیومی را میتوان برای کلکتورهای جریان مثبت و منفی باتریهای یون سدیم استفاده کرد. این به این دلیل است که آلومینیوم و سدیم در پتانسیل های پایین تحت واکنش های آلیاژی قرار نمی گیرند. این کشف نه تنها هزینه تولید باتری های یون سدیم را کاهش می دهد، بلکه امکانات جدیدی را برای توسعه آینده آنها فراهم می کند.
انتخاب فویل آلومینیومی برای الکترود مثبت و فویل مسی برای الکترود منفی باتریهای لیتیومی تصادفی نیست، بلکه ترکیب بهینهای است که به صورت علمی به اثبات رسیده و در عمل آزمایش شده است. این ترکیب نه تنها عملکرد کارآمد و پایدار باتریهای لیتیومی را تضمین میکند، بلکه انرژی مداوم را برای دستگاههای الکترونیکی مختلف در زندگی روزمره ما فراهم میکند.