Ja izjaucat litija{0}}jonu akumulatoru, pamanīsit, ka pozitīvajā elektrodā ir izmantota alumīnija folija, bet negatīvajā elektrodā — vara folija. Daudzi cilvēki ir ziņkārīgi, kad viņi pirmo reizi uzzina šo detaļu: kāpēc lomas nevar mainīt? Kāpēc neizmantot vara foliju pozitīvajam elektrodam un alumīnija foliju negatīvajam? Atbilde ir skaidra: tas vienkārši nedarbosies. Nomainot tos, akumulators nedarbosies pareizi un var pat radīt drošības problēmas. Lai to saprastu, vispirms ir jāaplūko pašreizējie kolekcionāri. Kas ir strāvas savācējs? Vienkārši sakot, tas darbojas kā akumulatora iekšējā "vadu instalācija". Tā kā pozitīvo un negatīvo elektrodu materiāli ir pulvera formā un tos nevar tieši savienot ar ārējiem vadiem, tie jāpārklāj uz metāla folijas; šī folija savāc strāvu un pārraida to uz ārējo ķēdi. Pozitīvās puses foliju sauc par pozitīvās strāvas kolektoru, un negatīvo pusi sauc par negatīvās strāvas kolektoru. Tātad, kāpēc īpaši izmantot alumīniju pozitīvajai pusei un varu negatīvajai pusei? Tas attiecas uz vienu galveno punktu: pozitīvo un negatīvo elektrodu darbības potenciāli ievērojami atšķiras. Strāvas kolektoram ir jāpaliek stabilam tā konkrētajā potenciāla diapazonā-, tas nevar izraisīt koroziju vai ķīmiskas reakcijas. Kāpēc negatīvajam elektrodam jāizmanto vara folija? Kad grafīta negatīvais elektrods ir pilnībā uzlādēts, tā potenciāls samazinās līdz gandrīz 0 V (attiecībā pret litija elektrodu){12}}ārkārtīgi zemam līmenim. Ar šo potenciālu alumīnijs uzvedas katastrofāli. Pētījumi liecina, ka tad, kad alumīnija potenciāls nokrītas zem 0,284 V (attiecībā pret litija elektrodu), litija joni "ieinterkalējas" alumīnija kristāla režģī, veidojot litija{16}}alumīnija sakausējumu. Šis sakausēšanas process izraisa ievērojamu tilpuma palielināšanos{18}}alumīnija tilpums palielinās par gandrīz 97%. Jau pēc dažiem uzlādes{21}}izlādes cikliem alumīnija folija saplīst un sadrūp, pilnībā zaudējot strāvas savācēja funkciju. Turklāt šis process patērē lielu daudzumu aktīvā litija, izraisot akumulatora jaudas samazināšanos. No otras puses, varš ir daudz stabilāks pie zema potenciāla. Tas neveido stabilus sakausējumus ar litiju; negatīvā elektroda zemā -potenciāla diapazonā tas netiek pakļauts ne samazinājumam, ne korozijai, saglabājot struktūras integritāti un uzticamu vadītspēju. Pat ja litija pārklājums notiek pie negatīvā elektroda, vara strāvas kolektors paliek neskarts. Tāpēc negatīvajam elektrodam ir piemērota tikai vara folija; alumīnija folija nedarbosies. Kāpēc pozitīvajam elektrodam ir jāizmanto alumīnija folija? Galvenie pozitīvo elektrodu materiāli darbojas ar potenciālu no 2,5 V līdz 4,3 V (attiecībā pret litija elektrodu), kas veido augstu oksidācijas potenciāla diapazonu. Varš nevar izturēt šo vidi. Tā oksidācijas izturība ir ierobežota; pie lieliem potenciāliem, kas pārsniedz 4 V, tas oksidējas vara jonos un izšķīst elektrolītā. Papildus paša strāvas kolektora pakāpeniskajai korozijai izšķīdušie vara joni var migrēt caur separatoru un nogulsnēties uz anoda virsmas, izraisot iekšējus mikro{35}}īssavienojumus. Tas noved pie nepārtrauktas jaudas pasliktināšanās un pieaugošu drošības risku. Alumīnijs, gluži pretēji, paliek stabils pie augsta potenciāla. Tas dabiski veido blīvu alumīnija oksīda (Al2O3) pasivācijas slāni, ja tiek pakļauts gaisa iedarbībai. Lai gan šis slānis ir elektriski izolējošs, tas ir tikai nanometrus biezs, ļaujot elektroniem iziet cauri "kvantu tuneļa efektam". Tas nodrošina, ka vadītspēja paliek netraucēta, kamēr slānis darbojas kā bruņas, aizsargājot apakšā esošo alumīniju no turpmākas oksidācijas. Alumīnija folija paliek stabila pat pie 4,5 V vai lielāka potenciāla. Līdz ar to alumīnija folija ir vienīgā piemērotā katoda strāvas kolektora izvēle; vara folija nav. Papildus kritiskajam elektroķīmiskās stabilitātes kritērijam vairāki praktiski faktori ietekmē izvēli starp vara un alumīnija foliju: Vadītspēja. Gan varš, gan alumīnijs nodrošina izcilu vadītspēju, kas ir otrajā vietā aiz sudraba un zelta. Ņemot vērā sudraba un zelta augstās izmaksas, varš un alumīnijs ir visrentablākās iespējas. Svars. Alumīnija blīvums ir 2,7 g/cm³, savukārt vara ir 8,9 g/cm³. Alumīnija folijas izmantošana katodam ievērojami samazina akumulatora svaru, ievērojami palielinot enerģijas blīvumu. Izmaksas. Alumīnijs ir lētāks nekā varš, piedāvājot ievērojamus ietaupījumus masveida ražošanā. Apstrādājamība. Abiem metāliem ir lieliska elastība, kas ļauj tos izrullēt īpaši plānās folijās (6–12 mikrometri), kas atbilst masveida ražošanas procesu, piemēram, pārklāšanas un kalandrēšanas, prasībām. Adhēzijas saderība. Alumīnija folijas oksīda slānis efektīvi savienojas ar katoda aktīvajiem materiāliem un saistvielām, savukārt vara folija nodrošina izcilu savienojumu ar anoda grafītu un saistvielām. Vai ir izņēmumi? Ir viens īpašs gadījums: litija titanāta (LTO) anods. Tā darbības potenciāls ir aptuveni 1,55 V, kas ir virs sliekšņa, kurā alumīnijs tiek leģēts. Teorētiski alumīnija foliju varētu izmantot kā anoda strāvas savācēju, lai vēl vairāk samazinātu izmaksas un svaru; tomēr nozare pašlaik galvenokārt paļaujas uz izveidoto vara folijas risinājumu masveida ražošanai. Turklāt uzmanība ir jāpievērš topošajai kompozītmateriālu strāvas savācēja tehnoloģijai; ar "polimēra substrāta un metāla pārklājuma" struktūru, tas piedāvā gan vieglas īpašības, gan uzlabotu drošību, jo metāla slānis saplīst termiskās bēgšanas laikā, pārtraucot strāvu. Tas ir galvenais jaunināšanas ceļš nākamās-paaudzes augstas{70}}drošības akumulatoriem. Atgriežoties pie sākotnējā jautājuma: alumīnija folijas izmantošana katodam un vara folijas izmantošana anodam nav patvaļīga izvēle, bet gan neizbēgams rezultāts, ko nosaka elektroķīmiski principi. Alumīnijs aizsargā sevi ar pasivācijas slāni katoda augsta sprieguma apstākļos, savukārt varš saglabā stabilitāti ar ķīmisko inerci zemā anoda sprieguma apstākļos{75}}viens ir izturīgs pret oksidāciju, otrs pret sakausēšanu; katrs turas pie sava, un neviens nevar aizstāt otru.
