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Das innere eine Batterie-Zelle (z.B. primäre Lithiumbatterie oder sekundärer Lithium Akkumulator) einer Batterie besteht aus 1) Kathoden- und Anoden-Stromsammler, auch Stromabnehmer-Folien genannt, 2) aktiven Kathoden und aktiven Anodenmaterialien, Separator und Elektrolyt.
Der Stromkollektor dient dazu, die Elektronen aus dem Inneren der elektrochemischen Reaktion innerhalb der Zelle nach Aussen der Zelle zu leiten, ohne dass es zu einer Reaktion innerhalb des Potential-Betriebsfensters kommt.
Die Batterie-Chemie ist daher wesentlich für die Wahl der Stromabnehmer. Die Kathoden-Chemie bestimmt das Stromsammler-Material bei der Kathode und die Anoden-Chemie bestimmt das Material der Stromkollektoren für die Anode.
Stromabnehmer (Folien) müssen Strom gut leiten, chemisch, elektrochemisch und mechanisch stabil und robust sein. Im zunehmenden kompetitiven wirtschaftlichen Umfeld der Energiespeicherung ist auch gewünscht, dass eine Stromabnehmer-Folie möglichst leicht ist, um eine hohe spezifische Energiedichte und Leistungsdichte zu erzielen.
Die Stromsammlerfolie in einer Batterie sollte auch möglichst kostengünstig sein, um die Preise der gespeicherten Energie (Euro/kWh, USD/kWh, CHF/kWh) tief zu halten. Damit ist Aluminium seit Langem ein optimales Stromsammlermaterial in Batterien. Kupfer ist wegen seiner guten mechanischen (Zugfestigkeit) und grossartigen elektrischen Eigenschaften als Stromsammler in Lithium-Ionen Batterien zu finden.
Copper current collector. Es können auch andere Metalle als Stromsammler verwendet werden. In der Praxis sind andere inerte Metalle für industrielle Zwecke aber zu teuer.
Nicht-metallische, elektrisch leitfähige current collector aus Kohlenstoff-Materialien oder Kompositen existieren, sind aber meist nicht mechanisch robust genug und der elektrische Widerstand ist oft zu hoch, um die grossen Elektronenströme währen dem Laden und Entladen verlustfrei abzuleiten.
Mechanisch instabile Stromsammlerfolien können zu schlechter Zyklenstabilität führen.
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Qitao Shi et al. Recent developments in current collectors for lithium metal anodes, Mater. Chem. Front., 2023,7, 1298-1311
Seung-Taek Myung et al., Electrochemical behavior and passivation of current collectors in lithium-ion batteries, J. Mater. Chem., 2011,21, 9891-9911
3D Current Collectors for Lithium-Ion Batteries: A Topical Review
Emma Kendrick et al. A review of current collectors for lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, Volume 485, 15 February 2021, 229321
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