Kemiallinen joulukalenteri 11/24: Litium saa joulun tähdet välkkymään

Litiumioniakussa (mikä ei ole sama asia kuin kertakäyttöinen litiumparisto!) akun toiminta perustuu siihen, että akun positiivinen elektrodi (katodi) on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen (anodi) grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Kun akku latautuu, litiumionit kulkevat anodista katodiin, ja varauksen purkautuessa liikenne on toiseen suuntaan.

Ioniliikenne tapahtuu akun sisällä elektrolyyttiaineessa. Yleisesti elektrolyyttinä käytetty aine on dimetyylikarbonaatti, joka on hyvin ionirikasta ja sopii tehtävään erinomaisesti, paitsi että sillä on yksi ikävä ominaisuus: se on hyvin paloherkkää jopa huoneenlämmössä.

Litiumin sähkökemiallinen jännite on suuri ja siksi sen energiatiheys on suuri, mutta myös se on kemiallisesti erittäin reaktiivinen. Yhdessä paloherkän elektrolyytin kanssa se on tehokas, mutta ei kovin mielekäs kumppani. Hyvien ominaisuuksien vuoksi niiden kanssa on pitänyt vain osata tulla toimeen.

Pienissä akuissa käytetään pieniä määriä ja lataukset ovat hyvin pieniä, joten paloherkkyys ei ole ongelma. Sen sijaan suurempia varausmääriä ja tehoja käytettäessä, siis esimerkiksi autoissa ja lentokoneissa, paloherkkyys on otettava huomioon. Olennaisinta on valvoa koko ajan akun latausta ja toimintaa, ja katkaista lataus, jos lämpötila alkaa nousta.

Paloherkkyyden vuoksi litiumille etsitään kovaa vauhtia korvaajia, ja niitä onkin löytynyt. Valitettavasti vain ne ovat joko huonompia tai paljon kalliimpia, joten litium on ja pysyy vielä pitkään akkujen suosikkiaineena.

Leijonanosa teollisesti käytetystä litiumista tuotetaan Chilessä, Australiassa, Argentiinassa ja Kiinassa sekä Boliviassa, mistä on yllä oleva kuva. Yleisin paikka litiumin keräämiseen on suolajärvi, missä sitä runsaasti sisältävää savea on suolan alla.

Myös Suomessa on mahdollisuuksia tällä alalla, sillä Pohjanmaalle on suunnitteilla Euroopan suurimmaksi tituleerattu litiumkaivos. Suomessa litium on sitoutunut malmiin, eikä sen eristäminen siitä käy niin helposti ja edullisesti kuin aavikoilta.

Litiumakku kuiskii myös menneistä, itse asiassa hyvin kaukaisista tapahtumista.

Tähtitieteilijä Carl Sagan kertoi aikanaan oivasti kuinka olemme kaikki peräisin ammoin kuolleista tähdistä. Mutta kaikki litium ei ole. Se on vanhempaa perua – suoraa seurausta alkuräjähdyksestä. Litium oli raskainta ainetta mitä siinä rytäkässä ehti syntyä, vedyn ja heliumin lisäksi. Litiumin osuus oli noin 10⁻¹⁰.

Toki litiumia syntyy nykytähtien fuusiossakin, mutta se kulutetaan lähes saman tien muiden aineiden rakentamiseen.