Există trei tipuri principale debaterii litiu-ion(li-ion): celule cilindrice, celule prismatice și celule tip „pouch”. În industria vehiculelor electrice, cele mai promițătoare evoluții se învârt în jurul celulelor cilindrice și prismatice. Deși formatul bateriei cilindrice a fost cel mai popular în ultimii ani, mai mulți factori sugerează că celulele prismatice ar putea prelua controlul.

Ce suntCelule prismatice

Ocelulă prismaticăeste o celulă a cărei compoziție chimică este închisă într-o carcasă rigidă. Forma sa dreptunghiulară permite stivuirea eficientă a mai multor unități într-un modul de baterie. Există două tipuri de celule prismatice: foile de electrozi din interiorul carcasei (anod, separator, catod) sunt fie stivuite, fie rulate și aplatizate.

Pentru același volum, celulele prismatice stivuite pot elibera mai multă energie simultan, oferind performanțe mai bune, în timp ce celulele prismatice aplatizate conțin mai multă energie, oferind o durabilitate mai mare.

Celulele prismatice sunt utilizate în principal în sistemele de stocare a energiei și în vehiculele electrice. Dimensiunile lor mai mari le fac candidați slabi pentru dispozitive mai mici, cum ar fi bicicletele electrice și telefoanele mobile. Prin urmare, sunt mai potrivite pentru aplicațiile mari consumatoare de energie.

Ce sunt celulele cilindrice

Ocelulă cilindricăeste o celulă închisă într-o carcasă cilindrică rigidă. Celulele cilindrice sunt mici și rotunde, ceea ce face posibilă stivuirea lor în dispozitive de toate dimensiunile. Spre deosebire de alte formate de baterii, forma lor previne umflarea, un fenomen nedorit în baterii, unde gazele se acumulează în carcasă.

Celulele cilindrice au fost folosite pentru prima dată în laptopuri, care conțineau între trei și nouă celule. Apoi au câștigat popularitate când Tesla le-a folosit în primele sale vehicule electrice (Roadster și Model S), care conțineau între 6.000 și 9.000 de celule.

Celulele cilindrice sunt folosite și în bicicletele electrice, dispozitivele medicale și sateliții. De asemenea, sunt esențiale în explorarea spațiului datorită formei lor; alte formate de celule ar fi deformate de presiunea atmosferică. Ultimul Rover trimis pe Marte, de exemplu, funcționează folosind celule cilindrice. Mașinile de curse electrice de înaltă performanță din Formula E folosesc exact aceleași celule ca și roverul în bateria lor.

Principalele diferențe dintre celulele prismatice și cele cilindrice

Forma nu este singurul lucru care diferențiază celulele prismatice de cele cilindrice. Alte diferențe importante includ dimensiunea lor, numărul de conexiuni electrice și puterea lor de ieșire.

Dimensiune

Celulele prismatice sunt mult mai mari decât celulele cilindrice și, prin urmare, conțin mai multă energie per celulă. Pentru a oferi o idee aproximativă despre diferență, o singură celulă prismatică poate conține aceeași cantitate de energie ca 20 până la 100 de celule cilindrice. Dimensiunea mai mică a celulelor cilindrice înseamnă că acestea pot fi utilizate pentru aplicații care necesită mai puțină energie. Prin urmare, acestea sunt utilizate pentru o gamă mai largă de aplicații.

Conexiuni

Deoarece celulele prismatice sunt mai mari decât celulele cilindrice, sunt necesare mai puține celule pentru a obține aceeași cantitate de energie. Aceasta înseamnă că, pentru același volum, bateriile care utilizează celule prismatice au mai puține conexiuni electrice care trebuie sudate. Acesta este un avantaj major pentru celulele prismatice, deoarece există mai puține oportunități de defecte de fabricație.

Putere

Celulele cilindrice pot stoca mai puțină energie decât celulele prismatice, dar au mai multă putere. Aceasta înseamnă că celulele cilindrice își pot descărca energia mai repede decât celulele prismatice. Motivul este că au mai multe conexiuni pe amper-oră (Ah). Prin urmare, celulele cilindrice sunt ideale pentru aplicații de înaltă performanță, în timp ce celulele prismatice sunt ideale pentru optimizarea eficienței energetice.

Exemple de aplicații ale bateriilor de înaltă performanță includ mașinile de curse de Formula E și elicopterul Ingenuity de pe Marte. Ambele necesită performanțe extreme în medii extreme.

De ce celulele prismatice ar putea prelua controlul

Industria vehiculelor electrice evoluează rapid și este incert dacă celulele prismatice sau celulele cilindrice vor prevala. În prezent, celulele cilindrice sunt mai răspândite în industria vehiculelor electrice, dar există motive să credem că celulele prismatice vor câștiga popularitate.

În primul rând, celulele prismatice oferă o oportunitate de a reduce costurile prin diminuarea numărului de etape de fabricație. Formatul lor permite fabricarea de celule mai mari, ceea ce reduce numărul de conexiuni electrice care trebuie curățate și sudate.

Bateriile prismatice sunt, de asemenea, formatul ideal pentru chimia litiu-fosfat de fier (LFP), un amestec de materiale mai ieftine și mai accesibile. Spre deosebire de alte chimii, bateriile LFP utilizează resurse care se găsesc peste tot pe planetă. Nu necesită materiale rare și scumpe, precum nichelul și cobaltul, care duc la creșterea costului altor tipuri de celule.

Există semnale puternice că celulele prismatice LFP sunt în curs de dezvoltare. În Asia, producătorii de vehicule electrice folosesc deja baterii LiFePO4, un tip de baterie LFP în format prismatic. Tesla a declarat, de asemenea, că a început să utilizeze baterii prismatice fabricate în China pentru versiunile standard ale mașinilor sale.

Compoziția chimică a LFP are însă dezavantaje importante. În primul rând, conține mai puțină energie decât alte substanțe chimice utilizate în prezent și, ca atare, nu poate fi utilizată pentru vehicule de înaltă performanță, cum ar fi mașinile electrice de Formula 1. În plus, sistemele de gestionare a bateriei (BMS) au dificultăți în a prezice nivelul de încărcare al bateriei.

Puteți viziona acest videoclip pentru a afla mai multe despreLFPchimie și de ce câștigă popularitate.