Kathodematerialen

Kathodemateriaal is het materiaal waaruit de kathode is opgebouwd in een elektrochemisch systeem, vaak het oppervlak waar reductie plaatsvindt. De keuze van het kathodemateriaal hangt af van de toepassing, de gebruikte elektrolyt en de gewenste prestaties, zoals energiedichtheid, efficiëntie en stabiliteit bij de operating temperatuur.

In batterijen en accumulators wordt veel gedifferentieerd naar kathodematerialen. Veelvoorkomende lithium-ion-kathoden zijn boven alle LiCoO2, zogenoemde NMC- en NCA-materialen (LiNixMnyCozO2 en LiNixCoyAlzO2), en LiFePO4. LiCoO2 biedt hoge energiedichtheid, maar kostbaar en minder stabiel bij hoog voltage; LiFePO4 is goedkoper en stabieler bij hoge stromen maar heeft lagere energiedichtheid. Spinels zoals LiMn2O4 en andere laag-koolstofsystemen worden ook toegepast. In niet-gevaarlijke of lage-energiedichtheidstoepassingen kunnen MnO2-kathoden in alkaline en primaire cellen voorkomen.

In elektroplating en elektrowinning dienen kathoden vaak als metalen of inert materiaal die deposities of reductie mogelijk maken. Typische kathodematerialen zijn koper, nikkelkammen, staal/roestvast staal en grafiet, afhankelijk van de elektrolyt en het gewenste depositie-eindproduct.

Voor thermische en fotogerelateerde electronen-emissie worden kathoden gemaakt van tungsten, gecoate tungsten (bijv. oxide- of lanthaan-silicatcoatings) en halffabricaten zoals LaB6, afhankelijk van emissiekwaliteit en levensduur.

In brandstofcelsystemen en SOFC’s worden kathodematerialen zoals La1−xSrxMnO3 (LSM) en La1−xSrxCo1−yFeyO3 (LSCF) gebruikt vanwege hun elektronische geleidbaarheid en stabiliteit bij hoge temperaturen.

De keuze van een kathodemateriaal is dus afhankelijk van chemische compatibiliteit, mechanische eigenschappen, kosten en milieu- of veiligheidsaspecten.