Istnieją trzy główne typybaterie litowo-jonowe(litowo-jonowe): ogniwa cylindryczne, pryzmatyczne i kieszeniowe. W branży pojazdów elektrycznych najbardziej obiecujące kierunki rozwoju koncentrują się wokół ogniw cylindrycznych i pryzmatycznych. Chociaż format baterii cylindrycznych cieszył się w ostatnich latach największą popularnością, kilka czynników sugeruje, że ogniwa pryzmatyczne mogą zdominować rynek.

Co to jestKomórki pryzmatyczne

Akomórka pryzmatycznaOgniwo pryzmatyczne to ogniwo, którego skład chemiczny jest zamknięty w sztywnej obudowie. Jego prostokątny kształt umożliwia efektywne układanie wielu jednostek w module baterii. Istnieją dwa rodzaje ogniw pryzmatycznych: arkusze elektrod wewnątrz obudowy (anoda, separator, katoda) są ułożone warstwowo lub zwinięte i spłaszczone.

Przy tej samej objętości, ułożone jeden na drugim ogniwa pryzmatyczne mogą uwalniać więcej energii na raz, zapewniając lepszą wydajność, podczas gdy spłaszczone ogniwa pryzmatyczne gromadzą więcej energii, zapewniając większą trwałość.

Ogniwa pryzmatyczne są wykorzystywane głównie w systemach magazynowania energii i pojazdach elektrycznych. Ich większy rozmiar sprawia, że ​​nie nadają się do mniejszych urządzeń, takich jak rowery elektryczne i telefony komórkowe. Dlatego lepiej nadają się do zastosowań energochłonnych.

Czym są komórki cylindryczne

Akomórka cylindrycznaOgniwo jest zamknięte w sztywnej, cylindrycznej obudowie. Ogniwa cylindryczne są małe i okrągłe, co umożliwia ich układanie w stosy w urządzeniach o różnych rozmiarach. W przeciwieństwie do innych typów baterii, ich kształt zapobiega pęcznieniu, niepożądanemu zjawisku w bateriach, w którym gazy gromadzą się w obudowie.

Ogniwa cylindryczne po raz pierwszy zastosowano w laptopach, które zawierały od trzech do dziewięciu ogniw. Następnie zyskały na popularności, gdy Tesla zastosowała je w swoich pierwszych pojazdach elektrycznych (Roadster i Model S), które zawierały od 6000 do 9000 ogniw.

Ogniwa cylindryczne są również stosowane w rowerach elektrycznych, urządzeniach medycznych i satelitach. Są one również niezbędne w eksploracji kosmosu ze względu na swój kształt; inne formaty ogniw uległyby deformacji pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Na przykład ostatni łazik wysłany na Marsa działa z wykorzystaniem ogniw cylindrycznych. Wysokowydajne elektryczne samochody wyścigowe Formuły E wykorzystują w swoich akumulatorach dokładnie te same ogniwa, co łazik.

Główne różnice między ogniwami pryzmatycznymi i cylindrycznymi

Kształt to nie jedyna cecha odróżniająca ogniwa pryzmatyczne od cylindrycznych. Inne istotne różnice to rozmiar, liczba połączeń elektrycznych i moc wyjściowa.

Rozmiar

Ogniwa pryzmatyczne są znacznie większe niż ogniwa cylindryczne, a zatem zawierają więcej energii na ogniwo. Aby zobrazować różnicę, pojedyncze ogniwo pryzmatyczne może zawierać taką samą ilość energii jak 20 do 100 ogniw cylindrycznych. Mniejszy rozmiar ogniw cylindrycznych oznacza, że ​​można je stosować w zastosowaniach wymagających mniejszego poboru mocy. W rezultacie znajdują one szersze zastosowanie.

Znajomości

Ponieważ ogniwa pryzmatyczne są większe niż ogniwa cylindryczne, potrzeba ich mniej, aby uzyskać tę samą ilość energii. Oznacza to, że przy tej samej objętości, baterie wykorzystujące ogniwa pryzmatyczne mają mniej połączeń elektrycznych, które wymagają spawania. Jest to ogromna zaleta ogniw pryzmatycznych, ponieważ zmniejszają ryzyko wystąpienia wad produkcyjnych.

Moc

Ogniwa cylindryczne mogą magazynować mniej energii niż ogniwa pryzmatyczne, ale mają większą moc. Oznacza to, że ogniwa cylindryczne mogą rozładowywać energię szybciej niż ogniwa pryzmatyczne. Wynika to z większej liczby połączeń na amperogodzinę (Ah). W rezultacie ogniwa cylindryczne idealnie nadają się do zastosowań o wysokiej wydajności, natomiast ogniwa pryzmatyczne idealnie nadają się do optymalizacji efektywności energetycznej.

Przykładami zastosowań akumulatorów o wysokiej wydajności są bolidy Formuły E i helikopter Ingenuity na Marsie. Oba te zastosowania wymagają ekstremalnych osiągów w ekstremalnych warunkach.

Dlaczego komórki pryzmatyczne mogą przejmować kontrolę

Branża pojazdów elektrycznych rozwija się dynamicznie i nie jest pewne, czy ogniwa pryzmatyczne, czy cylindryczne zdominują rynek. Obecnie w branży pojazdów elektrycznych bardziej rozpowszechnione są ogniwa cylindryczne, ale istnieją przesłanki wskazujące na to, że ogniwa pryzmatyczne zyskają na popularności.

Po pierwsze, ogniwa pryzmatyczne oferują możliwość obniżenia kosztów poprzez zmniejszenie liczby etapów produkcji. Ich format umożliwia produkcję większych ogniw, co zmniejsza liczbę połączeń elektrycznych wymagających czyszczenia i spawania.

Baterie pryzmatyczne to również idealny format dla ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), czyli mieszanki materiałów, które są tańsze i bardziej dostępne. W przeciwieństwie do innych chemikaliów, baterie LFP wykorzystują zasoby występujące powszechnie na świecie. Nie wymagają rzadkich i drogich materiałów, takich jak nikiel i kobalt, które podnoszą cenę innych rodzajów ogniw.

Istnieją wyraźne sygnały, że pojawiają się ogniwa pryzmatyczne LFP. W Azji producenci pojazdów elektrycznych stosują już akumulatory LiFePO4, rodzaj baterii LFP w formacie pryzmatycznym. Tesla poinformowała również, że zaczęła stosować akumulatory pryzmatyczne produkowane w Chinach w wersjach swoich samochodów o standardowym zasięgu.

Chemia LFP ma jednak istotne wady. Po pierwsze, zawiera mniej energii niż inne obecnie stosowane chemikalia i dlatego nie może być stosowana w pojazdach o wysokiej wydajności, takich jak elektryczne bolidy Formuły 1. Ponadto systemy zarządzania akumulatorem (BMS) mają trudności z przewidywaniem poziomu naładowania akumulatora.

Aby dowiedzieć się więcej, obejrzyj ten filmLFPchemia i dlaczego zyskuje na popularności.