Elektrodaanyagok

Elektrodaanyagok olyan anyagok, amelyeket elektromos cellákban elektrodként használnak, például akkumulátorokban, superkapacitátorokban és elektrolízis-berendezésekben. Feladatuk az elektronok áramlásának lehetővé tétele a külső áramkör felé és az elektrolit és az anyag közötti ioncsere, gyakran pedig az aktív ionbefogadás vagy leadás résztvevői. Az elektrodaanyagok jellemzői, például vezetőképesség, kémiai stabilitás és a felület-kialakítás, nagymértékben befolyásolják a cella teljesítményét, ciklusállóságát és biztonságát.

Főbb csoportjai közé tartoznak a szénalapú anyagok (grafit, amorf szén, grafén és különböző szén-alapú kompozitok), a fém-oxidok és -szulfidok (például LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4), valamint a nitrid- és bórid típusú anyagok. Emellett gyakran használnak vezető polimereket és különféle aktív anyagokat kombináló kompozitokat, amelyek növelik a vezetőképességet, a felületet és a mechanikai stabilitást.

Az akkumulátorokban az anód és a katód kiválasztása a technológiától függ. Li-ion rendszerekben gyakran grafit szolgál az anódként, míg a katódon LiCoO2, LiFePO4 vagy NMC típusú anyagok tartoznak. Szilícium-alapú vagy Li4Ti5O12-alapú anódokat is vizsgálnak a kapacitás növelése érdekében. Na-ion rendszerekben grafit helyett gyakran kemény szén (hard carbon) vagy más nátrium-ion tároló anyagok használatosak.

Szuperkapacitátoroknál a kettős réteg képzésére szolgáló nagy felületű szénalapú anyagok, mint aktivált szén, grafén vagy szénnanocsövek, gyakran alkalmazottak. Pseudokapacitást adó anyagok közé tartoznak MnO2, RuO2 és vezető polimerek (polianilin, polipirrol).

Fontos tulajdonságok közé tartozik a magas elektromos vezetőképesség, stabilitás a használt elektrolitban és széles működési feszültségablak, a nagy felület és porozitás, valamint a hosszú ciklus- és energiasűrűség. A kiválasztás során figyelembe veszik a költségeket, a gyártás skálázhatóságát és a környezeti hatásokat.