katodimateriaali

Katodimateriaali on sähköparin positiivinen elektrodimateriaali, jossa pelkistymisreaktio tapahtuu akun käytön aikana. Katodimateriaalin koostumus ja rakenne vaikuttavat siihen, kuinka paljon ioni varastoitavissa sekä kuinka nopeasti varaus ja purkaus tapahtuvat. Katodimateriaali määrittelee myös akun tavoitellun jännitteen, energiatiheyden, syklikemän ja turvallisuusominaisuudet. Li-ion-akkuteknologioissa katodimateriaali on usein koostettu ainemoduulista, kuten oksideista tai fosfaateista, jotka sallivat piilotetun Li+-liikkumisen rakenteen sisällä.

Yleisimmät litium-ioni -katodimateriaalit ovat LiCoO2 (LCO), LiNixMnyCozO2 -perhe (NMC), LiNixAlyCozO2 (NCA), sekä LiFePO4 (LFP) ja LiMn2O4 (LMO). LCO tarjoaa korkeaa energiatehoa, mutta materiaalin hinta ja lämpöturvallisuus ovat rajoittavia tekijöitä. NMC- ja NCA-yhdisteet tarjoavat paremman energiatiheyden ja yleistä suorituskykyä, mutta niiden kustannus- ja stabiliteetti- sekä kierrätyskysymykset ovat tärkeitä. LFP on turvallinen, termisesti stabiili ja pitkäikäinen, mutta energiamäärä on pienempi. LMO on kustannustehokas ja hyvän sähkönjohtavuuden omaava, mutta kapasiteetti voi olla alhaisempi.

Sovellukset ja kehitys keskittyvät parantamaan energian tiheyttä, voimaa (kestoa), kiertokykyä sekä turvallisuutta, samalla kun pyritään pienentämään kustannuksia ja lämpöhaavoittuvuutta. Tutkimus tutkii korkeapi Ni-pitoisia NMC- ja NCA-yhdisteitä, fosfaatti- ja oksidipohjaisia rakenteita sekä systemaattisia vastustusmenetelmia lämpötilariippuvuuden hallitsemiseksi ja kierrättämisen helpottamiseksi.