Pinta-alatiheys (mg/cm2):Pinta-alatiheydellä tarkoitetaan massaa pinta-alayksikköä kohti, joka tässä tapauksessa on (alueen massa pinta-alayksikköä kohti, tilavuutta huomioimatta).
Tiivistetty tiheys (g/cm3):Tiivistetty tiheys ilmaisee tilavuusyksikköön sisältyvän massan, jolla on paljon tekemistä itse materiaalin ominaisuuksien kanssa.
Paksuus:Materiaalin ja kalvon kokonaispaksuus ilmaistaan yleensä mikroneina (μm).
Pinta-alatiheys (g/cm3)= Tiivistetty tiheys (mg/cm2)/ Paksuus (μm)
Litiumioniakun aluetiheyden suunnittelun pääkohdat:
Yleensä akkua suunniteltaessa kapasiteetti määritetään. Tässä vaiheessa kerrosten lukumäärä ja pintatiheys määräytyvät materiaalin grammakapasiteetin ja vaikuttavien aineiden osuuden perusteella.
Jos esimerkiksi määritämme, että akun bifacialtiheys on 30 mg/cm2ja tiivistystiheys on 2,5 g/cm3, voimme laskea sen paksuuden.
Paksuus=Pinta-alan tiheys / tiivistetty tiheys =30mg.cm2/2,5 g.cm3=120 μm (ilman kalvon paksuutta)
Pinta-alatiheyden yksikkö on (mg/cm2). Mitä suurempi aluetiheys on, sitä enemmän aktiivisia materiaaleja se varaa samalla elektrodin alueella ja sitä suurempi on akkukennon energiatiheys.
Aluetiheyden pienentäminen on tehokkain tapa suunnitella suuritehoisia akkuja, ja pintatiheyden lisääminen on tehokkain tapa suunnitella korkean energian akkuja. Mitä pienempi elektrodin pinta-alatiheys on, sitä ohuempi on paksuus, mikä voi suoraan pienentää Li+:n diffuusioetäisyyttä, ja myös litiumionien syklisestä sisään- ja irrottamisesta aiheutuva materiaalirakenteen vaurio on pienempi.
Kuva 1- LCO-akkujen nopea latauskyky eri aluetiheyksillä
Teoriassa mitä pienempi aluetiheys on, sitä hyödyllisempää on parantaa nopeuden suorituskykyä. Pinta-alatiheyden suunnittelulla on kuitenkin myös alaraja, koska kun pintatiheys on pieni tiettyyn arvoon, lietteen suuret hiukkaset eivät pääse kulkemaan päällystyskoneen suuttimen läpi, mikä johtaa hiukkasten naarmuihin, joilla on myös negatiivinen vaikutus akkuun.
Lisäksi akuilla ei ole vain nopeusvaatimuksia, vaan myös kapasiteettivaatimuksia. Pelkästään pintatiheyden pienentäminen lisää väistämättä elektrodikerrosten määrää, ja kerrosten määrän lisääminen lisää myös riskiä. Joissakin 3C-kennoissa pintatiheyttä yleensä pienennetään akun suorituskyvyn parantamiseksi. Energiaa varastoivien akkujen osalta monet päättävät lisätä akkukennon aluetiheyttä ja lisätä energiatiheyttä.
