b'\n_START_ARTICLE_\nLitiumioniakku\n_START_SECTION_\nKemialliset reaktiot\n_START_PARAGRAPH_\nLitiumioniakku koostuu negatiivisesta ja positiivisesta elektrodista sek\xc3\xa4 elektrolyytist\xc3\xa4, joka mahdollistaa litiumionien liikkumisen elektrodien v\xc3\xa4lill\xc3\xa4 ja est\xc3\xa4\xc3\xa4 elektrodien fyysisen kontaktin. _NEWLINE_Litiumioniakun kemialliset reaktiot tapahtuvat elektrolyytin ja elektrodien rajapinnoissa. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 kemialliset reaktiot ovat hapettumis- ja pelkistymisreaktioita. Akun purkautuessa toisella elektrodeista, jota kutsutaan anodiksi, vapautuu hapettumisen yhteydess\xc3\xa4 elektroneja. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 vapautuneet elektronit kulkevat ulkoisen piirin kautta anodilta positiivisesti varautuneelle elektrodille eli katodille, aiheuttaen n\xc3\xa4in s\xc3\xa4hk\xc3\xb6virran. Katodille saapuvat elektronit saavat aikaan pelkistymisreaktion, eli katodilla olevat ionit vastaanottavat elektroneja. Akkua ladattaessa n\xc3\xa4m\xc3\xa4 reaktiot tapahtuvat vastakkaiseen suuntaan. Elektrodien v\xc3\xa4linen j\xc3\xa4nnite saadaan laskettua niiden normaalipotentiaalien avulla._NEWLINE_Jos positiivisena elektrodina k\xc3\xa4ytet\xc3\xa4\xc3\xa4n esimerkiksi litiumkobolttioksidia, elektrodin puolireaktio on _NEWLINE_Negatiivisen elektrodin puolireaktio_NEWLINE_Yll\xc3\xa4 olevat reaktiot ovat siis esimerkkej\xc3\xa4, ja k\xc3\xa4ytetty kerroin x voi olla mik\xc3\xa4 tahansa kokonaisluku._NEWLINE_Pariston energia saadaan kertomalla j\xc3\xa4nnite ja s\xc3\xa4hk\xc3\xb6varaus kesken\xc3\xa4\xc3\xa4n. Jokaista litiumgrammaa kohti varaus on 13901 coulombia. Kolmen voltin j\xc3\xa4nnitteell\xc3\xa4 jokaista litiumgrammaa kohti saadaan energiaa 41,7 kJ.\n_START_SECTION_\nValmistus\n_START_PARAGRAPH_\nTuotannollisesta n\xc3\xa4k\xc3\xb6kulmasta litiumioniakun valmistus voidaan jakaa kahteen eri tapaan sen k\xc3\xa4ytt\xc3\xb6tarkoituksen perusteella: pieniin kaupallisiin tuotteisiin ja suurempiin teollisuuden k\xc3\xa4ytt\xc3\xb6\xc3\xb6n soveltuviin s\xc3\xa4hk\xc3\xb6laitteisiin (mm. s\xc3\xa4hk\xc3\xb6autot). Valmistusperiaate molemmissa on p\xc3\xa4\xc3\xa4osin sama, kuitenkin loppua kohden akun fyysisell\xc3\xa4 koolla on luonnollisesti vaikutus kotelointiin. _NEWLINE_Tuotantoprosessi alkaa katodin ja anodin valmistuksella. Katodi valmistetaan litiumoksidista ja muista lis\xc3\xa4aineista, joista tehd\xc3\xa4\xc3\xa4n niin sanottua katoditahnaa. T\xc3\xa4m\xc3\xa4n j\xc3\xa4lkeen tahna saatetaan p\xc3\xa4\xc3\xa4llystykseen. P\xc3\xa4\xc3\xa4llystyksess\xc3\xa4 katoditahnaa levitet\xc3\xa4\xc3\xa4n hyvin ohuen alumiinifolion ymp\xc3\xa4rille ja sivell\xc3\xa4\xc3\xa4n tasaiseksi yhten\xc3\xa4iseksi kerrokseksi molemmin puolin.  Anodin valmistukseen k\xc3\xa4ytet\xc3\xa4\xc3\xa4n usein grafiittia tai muuta hiilipohjaista ainetta.  Anodi voidaan p\xc3\xa4\xc3\xa4llyst\xc3\xa4\xc3\xa4 esim. kuparifoliolla.  Lopulta katodi- ja anodilevyt sek\xc3\xa4 \xe2\x80\x9derotinkerros\xe2\x80\x9d kiedotaan yhteen ja koteloidaan sylinterin (tai muuhun halutun) muotoiseen astiaan. _NEWLINE_Koska akun latautuessa s\xc3\xa4hk\xc3\xb6virta perustuu pakotettuun ionien liikkeeseen katodilta anodille eli elektrolyysiin, on jokaisessa akussa oltava aina elektrolyyttiliuos. Kuten normaaleissa akuissa, my\xc3\xb6s litiumioniakun elektrolyytti voi vaihdella katodin ja anodin materiaaleista riippuen. On my\xc3\xb6s t\xc3\xa4rke\xc3\xa4\xc3\xa4 ymm\xc3\xa4rt\xc3\xa4\xc3\xa4, ett\xc3\xa4 elektrolyyttiliuokseen lis\xc3\xa4t\xc3\xa4\xc3\xa4n varsinaisen elektrolyytin lis\xc3\xa4ksi muita lis\xc3\xa4aineita, joiden teht\xc3\xa4v\xc3\xa4n\xc3\xa4 on vaikuttaa akun suorituskykyyn tai sen muihin ominaisuuksiin.  Etyleenikarbonaatti on hyv\xc3\xa4 esimerkki soveltuvasta elektrolyytist\xc3\xa4 litiumioniakkuun.\n_START_SECTION_\nSovelluskohteet\n_START_PARAGRAPH_\nLitiumioniakun etu on nimenomaan sen energiatiheys. T\xc3\xa4m\xc3\xa4 tarkoittaa sit\xc3\xa4, ett\xc3\xa4 akku tarjoaa perinteisiin akkuteknologioihin (NiCd, NiMH, lyijyakut) verrattuna samassa koossa pidemm\xc3\xa4n k\xc3\xa4ytt\xc3\xb6ajan ja/tai kevyemm\xc3\xa4n akun.  Litiumioniakun nimelliskennoj\xc3\xa4nnite on huomattavasti korkeampi kuin muiden akkutyyppien. Korkean kennoj\xc3\xa4nnitteen vuoksi Li-ioniakku voi monissa elektronisissa laitteissa olla yksikennoinen, kun taas esimerkiksi nikkeliakussa tulee monesti olla kaksi-kolme sarjaan kytketty\xc3\xa4 1,2 V:n kennoa riitt\xc3\xa4v\xc3\xa4n suuren k\xc3\xa4ytt\xc3\xb6j\xc3\xa4nnitteen saavuttamiseksi._NEWLINE_Toinen merkitt\xc3\xa4v\xc3\xa4 etu on eritt\xc3\xa4in pieni itsepurkautuminen. Litiumioniakku s\xc3\xa4ilytt\xc3\xa4\xc3\xa4 merkitt\xc3\xa4v\xc3\xa4n osan varauksestaan jopa vuosia. Kolmas etu on, ettei Li-ion akulla tapahdu ns. muisti-ilmi\xc3\xb6t\xc3\xa4 eli akku ei menet\xc3\xa4 kapasiteettiaan, vaikkei sit\xc3\xa4 koskaan ladattaisi aivan t\xc3\xa4yteen tai purettaisi tyhj\xc3\xa4ksi. _NEWLINE_Suhteellisen pieni, kevyt ja edullinen akkurakenne on edist\xc3\xa4nyt litiumioniakkujen suosiota esimerkiksi matkapuhelimissa. Nyky\xc3\xa4\xc3\xa4n p\xc3\xa4\xc3\xa4osin kaikissa matkapuhelimissa on Li-ioniakku, ja samaa teknologiaa hy\xc3\xb6dynnet\xc3\xa4\xc3\xa4n my\xc3\xb6s kannettavien tietokoneiden akuissa. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 ovat laitteita, joiden asiakastarpeet ovat muokanneet ne olemaan akun kestoltaan pitk\xc3\xa4ik\xc3\xa4isi\xc3\xa4 ja keveit\xc3\xa4 kantaa mukana. Samoista syist\xc3\xa4 ne ovat nyky\xc3\xa4\xc3\xa4n suosittuja my\xc3\xb6s akullisissa ty\xc3\xb6kaluissa ja puutarhakoneissa, kuten porakoneissa ja ruohonleikkureissa, sek\xc3\xa4 muissa liikuteltavissa pienlaitteissa, kuten rikkaimureissa tai partakoneissa.\n_START_SECTION_\nLataaminen ja purkaminen\n_START_PARAGRAPH_\nLitiumioniakkujen lataamiseen liittyy er\xc3\xa4s merkitt\xc3\xa4v\xc3\xa4 asia. Li-ioniakku ei sied\xc3\xa4 ylilatausta eik\xc3\xa4 varaustason liiallista purkamista, jonka vuoksi useimmissa akuissa on sis\xc3\xa4\xc3\xa4nrakennettu akunhallintaj\xc3\xa4rjestelm\xc3\xa4 (battery management system). Akunhallintaj\xc3\xa4rjestelm\xc3\xa4n teht\xc3\xa4v\xc3\xa4n\xc3\xa4 on est\xc3\xa4\xc3\xa4 akkua ylilatautumasta tai alipurkautumasta katkaisemalla s\xc3\xa4hk\xc3\xb6sy\xc3\xb6tt\xc3\xb6, mik\xc3\xa4li se havaitsee ali- tai ylij\xc3\xa4nnitteen, tai akun kuumentuessa huomattavasti esim. liian suuren purkuvirran takia. _NEWLINE_Akun latautumiseen liittyy my\xc3\xb6s erikoinen s\xc3\xa4hk\xc3\xb6fysikaalinen piirre: Akku latautuu kahdessa osassa. Ensiksi akkua ladataan vakiovirralla, kunnes nimellisj\xc3\xa4nnite on saavutettu. T\xc3\xa4ss\xc3\xa4 vaiheessa akun varaustila on vasta noin puolet maksimista. T\xc3\xa4m\xc3\xa4n j\xc3\xa4lkeen akkua ladataan vakioj\xc3\xa4nnitteell\xc3\xa4, kunnes systeemin latausvirta on esim. 3\xc2\xa0% nimellisvirrasta (tarkka raja riippuu akun rakenteesta).  Vakioj\xc3\xa4nnitteen, jolla lataus suoritetaan, on oltava hyvin tarkasti se, mit\xc3\xa4 akkuteknologia edellytt\xc3\xa4\xc3\xa4, muuten seurauksena on joko akun varaustason j\xc3\xa4\xc3\xa4minen vajaaksi tai kennoj\xc3\xa4nnitteen noususta suositeltua suuremmaksi aiheutuva akun elini\xc3\xa4n lyheneminen.\n_START_SECTION_\nEnnen kaupallista tuotantoa\n_START_PARAGRAPH_\nNyky\xc3\xa4\xc3\xa4n Binghamtonin yliopistossa ty\xc3\xb6skentelev\xc3\xa4 kemian professori Michael Stanley Whittingham keksi litiumakun ty\xc3\xb6skennelless\xc3\xa4\xc3\xa4n Exxon Mobililla 1970-luvulla. Whittingham k\xc3\xa4ytti titaanisulfidia ja litiumia elektrodeina. Paristot, jotka sis\xc3\xa4lsiv\xc3\xa4t litiumia, her\xc3\xa4ttiv\xc3\xa4t turvallisuuskysymyksi\xc3\xa4, sill\xc3\xa4 litium on helposti reagoiva aine. Litium palaa normaalissa olosuhteissa veden ja hapen vaikutuksesta. T\xc3\xa4m\xc3\xa4n takia ryhdyttiin kehitt\xc3\xa4m\xc3\xa4\xc3\xa4n paristoja, joissa on metallisen litiumin sijasta litiumyhdisteit\xc3\xa4, jotka vastaanottavat ja vapauttavat litiumioneja._NEWLINE_J. O. Besenhard keksi 1970-luvulla k\xc3\xa4\xc3\xa4nnett\xc3\xa4v\xc3\xa4n interkaloituvan grafiitin ja interkalaatiomateriaalin osaksi katodisia_NEWLINE_oksideja.Besenhard_NEWLINE_ehdotti sen soveltamista litiumkennoissa. Elektrolyyttien hajoamisella ja liuottimen yhteisvaikutuksella oli haittoja akkujen kestoon._NEWLINE_John B. Goodenough ja Koichi Mizushima esitteliv\xc3\xa4t Oxfordin yliopistossa vuonna 1979 uudelleen ladattavan 4V:n akun, jossa k\xc3\xa4ytettiin litiumkobolttioksidia positiivisena elektrodina ja litiumia negatiivisena elektrodina. T\xc3\xa4m\xc3\xa4 innovaatio edellytti positiivisen elektrodin materiaalia, joka teki akuista mahdollisen. Litiumkobolttioksidi on vakaata positiivisen elektrodin materiaalia, joka toimii luovuttaen litiumioneja eli sit\xc3\xa4 voidaan k\xc3\xa4ytt\xc3\xa4\xc3\xa4 jonkin muun kuin puhtaan litiumin kanssa. Litiumkobolttioksidia pystyttiin k\xc3\xa4ytt\xc3\xa4m\xc3\xa4\xc3\xa4n vakaiden ja helposti k\xc3\xa4sitelt\xc3\xa4vien negatiivisten elektrodien kanssa. _NEWLINE_Samat Basu osoitti s\xc3\xa4hk\xc3\xb6kemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa vuonna 1977.  T\xc3\xa4m\xc3\xa4 johti_NEWLINE_interkaloituneen grafiittielektrodin kehitykseen, tarjoten vaihtoehdon perinteiselle puhtaan litiumin akuille._NEWLINE_Vuonna 1980 Rachid Yazami esitteli reversiibelin s\xc3\xa4hk\xc3\xb6kemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa. Ladattaessa negatiivista elektrodia tuolloin k\xc3\xa4ytett\xc3\xa4viss\xc3\xa4 olevat orgaaniset elektrolyytit hajosivat latauksen aikana. T\xc3\xa4m\xc3\xa4 hidasti litiumakkujen kehityst\xc3\xa4. Yazami k\xc3\xa4ytti kiinte\xc3\xa4\xc3\xa4 elektrolyytti\xc3\xa4 osoittamaan, ett\xc3\xa4 litiumia voitaisiin k\xc3\xa4\xc3\xa4nteisesti interkaloitua grafiittiin s\xc3\xa4hk\xc3\xb6kemiallisen mekanismin kautta. Grafiittielektrodi on yleisimmin k\xc3\xa4ytetty elektrodi litiumakuissa._NEWLINE_Michael M. Thackeray ja Goodenough l\xc3\xb6ysiv\xc3\xa4t vuonna 1983, mangaanispinellin toimivaksi positiiviseksi elektrodi\xc2\xadmateriaaliksi. Spinelli osoitti suuria lupauksia, koska se oli edullinen, sill\xc3\xa4 on hyv\xc3\xa4 elektroninen ja litiumioni-johtavuus sek\xc3\xa4 kolmiulotteinen rakenne, joka antaa sille hyv\xc3\xa4n rakenteellisen vakauden. Puhdas mangaanispinelli kuluu k\xc3\xa4yt\xc3\xb6ss\xc3\xa4, mutta t\xc3\xa4m\xc3\xa4 voidaan ratkaista kemiallisella modifikaatiolla._NEWLINE_Mangaanispinelli otettiin kaupalliseen k\xc3\xa4ytt\xc3\xb6\xc3\xb6n akuissa 2013._NEWLINE_Vuonna 1985 Akira Yoshino kokosi prototyypin akusta, jossa oli hiilimateriaalia, johon litiumioneja voitaisiin lis\xc3\xa4t\xc3\xa4 yhten\xc3\xa4 elektrodina, ja litiumkobolttioksidia, joka on vakaa ilmassa. Turvallisuus parani huomattavasti, kun ei k\xc3\xa4ytetty litiumia. Litiumkobolttioksidi otettiin teollisen mittakaavan tuotantoon, ja se edustaa litiumioniakun synty\xc3\xa4._NEWLINE_Vuonna 1989, Goodenough ja Arumugam Manthiram osoittivat, ett\xc3\xa4 polyanioneja kuten sulfaatteja sis\xc3\xa4lt\xc3\xa4v\xc3\xa4t positiiviset elektrodit tuottavat suurempia j\xc3\xa4nnitteit\xc3\xa4 kuin oksideja sis\xc3\xa4lt\xc3\xa4v\xc3\xa4t, mik\xc3\xa4 johtuu induktion vaikutuksesta polyanioniin.\n_START_SECTION_\nKaupallisen tuotannon aikaan\n_START_PARAGRAPH_\nKehityksen edetess\xc3\xa4 suorituskyky ja kapasiteetti kasvoivat litiumioniakuissa. Vuonna 1991, Sony ja Asahi Kasei julkaisivat ensimm\xc3\xa4isen kaupallisen litiumioniakun. 1996 Goodenough ja Akshaya Padhi ehdottivat litium rautafosfaattia ja muita fosfaatteja positiivisiksi elektrodimateriaaleiksi._NEWLINE_Vuonna 2002 Yet-Ming Chiang ja h\xc3\xa4nen ryhm\xc3\xa4ns\xc3\xa4 MIT:ss\xc3\xa4 paransivat huomattavasti suorituskyky\xc3\xa4 lis\xc3\xa4\xc3\xa4m\xc3\xa4ll\xc3\xa4 litiumin johtavuutta alumiinilla, niobiumilla ja zirkoniumilla.Vuonna 2004 Chiang uudelleen paransi suorituskyky\xc3\xa4 hy\xc3\xb6dynt\xc3\xa4m\xc3\xa4ll\xc3\xa4 l\xc3\xa4pimitaltaan alle 100 nanometrin rautafosfaatti hiukkasia. T\xc3\xa4m\xc3\xa4 kasvatti hiukkastiheyden l\xc3\xa4hes satakertaiseksi, lis\xc3\xa4ten positiivisen elektrodin pinta-alaa, joka paransi kapasiteettia ja suorituskyky\xc3\xa4._NEWLINE_Kes\xc3\xa4kuussa 2012 John Goodenough, Rachid Yazami ja Akira Yoshino saivat IEEE-mitalin ymp\xc3\xa4rist\xc3\xb6- ja turvallisuusteknologiasta kehitt\xc3\xa4ess\xc3\xa4\xc3\xa4n litiumioniakun._NEWLINE_Vuonna 2013 ladattava litiumakku on kehittynyt litiumvanadiinifosfaattiakuksi, joka lis\xc3\xa4\xc3\xa4 energiatehokkuutta molempiin suuntiin kulkevalla reaktiolla. _NEWLINE_Vuonna 2014 John Goodenough, Yoshio Nishi, Rachid Yazami ja Akira Yoshino saivat National Academy of Engineering -palkinnon tehdess\xc3\xa4\xc3\xa4n uraauurtavan ja kehityst\xc3\xa4 johtavan ty\xc3\xb6n litiumioniakun parissa. Kaupalliset paristot Amprius Corporation:lta saavuttivat 650wH/l (20% korkeampi kuin ennen), k\xc3\xa4ytt\xc3\xa4en piit\xc3\xa4 anodina._NEWLINE_Goodenough, Yoshino ja M. Stanley Whittingham saivat Nobelin kemianpalkinnon vuonna 2019 litium-ioniakun kehityksest\xc3\xa4.\n_START_SECTION_\nRakenne\n_START_PARAGRAPH_\nKolme t\xc3\xa4rkeint\xc3\xa4 komponenttia litiumioniakussa ovat positiivinen (anodi) ja negatiivinen elektrodi (katodi) sek\xc3\xa4 elektrolyytti. Negatiivinen elektrodi valmistetaan yleens\xc3\xa4 hiilest\xc3\xa4. Positiivinen elektrodi on yleens\xc3\xa4 metallioksidi, ja elektrolyytti on litiumsuolaa orgaanisessa liuottimessa._NEWLINE_Kaupallisesti suosituin negatiivinen elektrodi on grafiittia. Positiivinen elektrodi on yleens\xc3\xa4 nikkeli- tai kobolttioksidi, litiumrautafosfaatti tai spinelli, kuten mangaanioksidi._NEWLINE_Elektrolyytti on tyypillisesti sekoitus orgaanisia karbonaatteja kuten etyleenikarbonaattia tai dietyylikarbonaattia sis\xc3\xa4lt\xc3\xa4en yhdistelmi\xc3\xa4 litiumioneista. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 ei-vesipitoiset elektrolyytit yleens\xc3\xa4 k\xc3\xa4ytt\xc3\xa4v\xc3\xa4t koordinoimattomia anionisuoloja kuten litiumheksafluorofosfaatti, litiumheksafluoroarsenaatti monohydraatti, litiumperkloraatti ja litiumtriflaatti. Riippuen materiaalien valinnoista, j\xc3\xa4nnite, energiatiheys, turvallisuus ja elinik\xc3\xa4 voivat vaihdella suuresti litiumioniakulla. Hiljattain akun suorituskyky\xc3\xa4 on pystytty parantamaan nanoteknologialla._NEWLINE_Puhdas litium reagoi kiivaasti veden kanssa muodostaen litiumhydroksidia ja vetykaasua. T\xc3\xa4m\xc3\xa4n takia k\xc3\xa4ytet\xc3\xa4\xc3\xa4n tyypillisesti ei-vesipohjaista elektrolyytti\xc3\xa4 ja paristot ovat tarkasti vedelt\xc3\xa4 suljettuina._NEWLINE_Litiumioniakut ovat kalliimpia kuin nikkelikadmiumakut, mutta litiumioniakut toimivat paremmin eri l\xc3\xa4mp\xc3\xb6tiloissa ja niiss\xc3\xa4 on suurempi energiatiheys. Ne vaativat suojavirtapiirin rajoittamaan huippuj\xc3\xa4nnitett\xc3\xa4._NEWLINE_Kannettavissa tietokoneissa litiumionis\xc3\xa4hk\xc3\xb6parit ovat osana koko akkua, johon sis\xc3\xa4ltyy my\xc3\xb6s l\xc3\xa4mp\xc3\xb6tila-anturit, j\xc3\xa4nnite muunnin/s\xc3\xa4\xc3\xa4dinpiiri, j\xc3\xa4nnites\xc3\xa4\xc3\xa4din, akun varaustilan monitori ja p\xc3\xa4\xc3\xa4liitin. N\xc3\xa4m\xc3\xa4 komponentit seuraavat latauksen tilaa ja jokaisen yksitt\xc3\xa4isen s\xc3\xa4hk\xc3\xb6parin sis\xc3\xa4\xc3\xa4n- ja ulostuloa (suuri muutos voi k\xc3\xa4\xc3\xa4nt\xc3\xa4\xc3\xa4 napaisuutta, joka on vaarallista) sek\xc3\xa4 jokaisen s\xc3\xa4hk\xc3\xb6parin l\xc3\xa4mp\xc3\xb6tilaa minimoidakseen oikosulkujen riskin.'