Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποιμπαταρίες ιόντων λιθίου(ιόντων λιθίου): κυλινδρικά στοιχεία, πρισματικά στοιχεία και στοιχεία τύπου pouch. Στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, οι πιο πολλά υποσχόμενες εξελίξεις περιστρέφονται γύρω από κυλινδρικά και πρισματικά στοιχεία. Ενώ η κυλινδρική μορφή μπαταρίας είναι η πιο δημοφιλής τα τελευταία χρόνια, αρκετοί παράγοντες υποδηλώνουν ότι τα πρισματικά στοιχεία μπορεί να κυριαρχήσουν.

Τι είναιΠρισματικά κύτταρα

ΕΝΑπρισματικό κύτταροείναι ένα στοιχείο του οποίου η χημική δομή περικλείεται σε ένα άκαμπτο περίβλημα. Το ορθογώνιο σχήμα του επιτρέπει την αποτελεσματική στοίβαξη πολλαπλών μονάδων σε μια μονάδα μπαταρίας. Υπάρχουν δύο τύποι πρισματικών στοιχείων: τα φύλλα ηλεκτροδίων μέσα στο περίβλημα (άνοδος, διαχωριστής, κάθοδος) είτε στοιβάζονται είτε τυλιγμένα και πεπλατυσμένα.

Για τον ίδιο όγκο, τα στοιβαγμένα πρισματικά κύτταρα μπορούν να απελευθερώσουν περισσότερη ενέργεια ταυτόχρονα, προσφέροντας καλύτερη απόδοση, ενώ τα πεπλατυσμένα πρισματικά κύτταρα περιέχουν περισσότερη ενέργεια, προσφέροντας μεγαλύτερη ανθεκτικότητα.

Τα πρισματικά στοιχεία χρησιμοποιούνται κυρίως σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και ηλεκτρικά οχήματα. Το μεγαλύτερο μέγεθός τους τα καθιστά κακούς υποψήφιους για μικρότερες συσκευές όπως ηλεκτρικά ποδήλατα και κινητά τηλέφωνα. Επομένως, είναι πιο κατάλληλα για εφαρμογές που καταναλώνουν ενέργεια.

Τι είναι τα κυλινδρικά κύτταρα

ΕΝΑκυλινδρικό κελίείναι ένα στοιχείο που περικλείεται σε ένα άκαμπτο κυλινδρικό δοχείο. Τα κυλινδρικά στοιχεία είναι μικρά και στρογγυλά, καθιστώντας δυνατή την τοποθέτησή τους σε συσκευές όλων των μεγεθών. Σε αντίθεση με άλλες μορφές μπαταριών, το σχήμα τους αποτρέπει τη διόγκωση, ένα ανεπιθύμητο φαινόμενο στις μπαταρίες όπου συσσωρεύονται αέρια στο περίβλημα.

Τα κυλινδρικά στοιχεία χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε φορητούς υπολογιστές, οι οποίοι περιείχαν από τρία έως εννέα στοιχεία. Στη συνέχεια, απέκτησαν δημοτικότητα όταν η Tesla τα χρησιμοποίησε στα πρώτα της ηλεκτρικά οχήματα (το Roadster και το Model S), τα οποία περιείχαν από 6.000 έως 9.000 στοιχεία.

Τα κυλινδρικά στοιχεία χρησιμοποιούνται επίσης σε ηλεκτρικά ποδήλατα, ιατρικές συσκευές και δορυφόρους. Είναι επίσης απαραίτητα στην εξερεύνηση του διαστήματος λόγω του σχήματός τους. Άλλες μορφές στοιχείων θα παραμορφώνονταν από την ατμοσφαιρική πίεση. Το τελευταίο Rover που στάλθηκε στον Άρη, για παράδειγμα, λειτουργεί χρησιμοποιώντας κυλινδρικά στοιχεία. Τα ηλεκτρικά αγωνιστικά αυτοκίνητα υψηλής απόδοσης της Formula E χρησιμοποιούν ακριβώς τα ίδια στοιχεία με το rover στην μπαταρία τους.

Οι κύριες διαφορές μεταξύ πρισματικών και κυλινδρικών κυττάρων

Το σχήμα δεν είναι το μόνο πράγμα που διαφοροποιεί τα πρισματικά και τα κυλινδρικά κελιά. Άλλες σημαντικές διαφορές περιλαμβάνουν το μέγεθός τους, τον αριθμό των ηλεκτρικών συνδέσεων και την ισχύ εξόδου τους.

Μέγεθος

Τα πρισματικά στοιχεία είναι πολύ μεγαλύτερα από τα κυλινδρικά στοιχεία και ως εκ τούτου περιέχουν περισσότερη ενέργεια ανά στοιχείο. Για να δώσουμε μια γενική ιδέα της διαφοράς, ένα μόνο πρισματικό στοιχείο μπορεί να περιέχει την ίδια ποσότητα ενέργειας με 20 έως 100 κυλινδρικά στοιχεία. Το μικρότερο μέγεθος των κυλινδρικών στοιχείων σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές που απαιτούν λιγότερη ισχύ. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται για ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών.

Συνδέσεις

Επειδή τα πρισματικά στοιχεία είναι μεγαλύτερα από τα κυλινδρικά στοιχεία, χρειάζονται λιγότερα στοιχεία για να επιτευχθεί η ίδια ποσότητα ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι για τον ίδιο όγκο, οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν πρισματικά στοιχεία έχουν λιγότερες ηλεκτρικές συνδέσεις που χρειάζονται συγκόλληση. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα για τα πρισματικά στοιχεία, επειδή υπάρχουν λιγότερες πιθανότητες για κατασκευαστικά ελαττώματα.

Εξουσία

Τα κυλινδρικά στοιχεία μπορεί να αποθηκεύουν λιγότερη ενέργεια από τα πρισματικά στοιχεία, αλλά έχουν περισσότερη ισχύ. Αυτό σημαίνει ότι τα κυλινδρικά στοιχεία μπορούν να αποφορτίζουν την ενέργειά τους ταχύτερα από τα πρισματικά στοιχεία. Ο λόγος είναι ότι έχουν περισσότερες συνδέσεις ανά αμπερώριο (Ah). Ως αποτέλεσμα, τα κυλινδρικά στοιχεία είναι ιδανικά για εφαρμογές υψηλής απόδοσης, ενώ τα πρισματικά στοιχεία είναι ιδανικά για τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης.

Παραδείγματα εφαρμογών μπαταριών υψηλής απόδοσης περιλαμβάνουν τα αγωνιστικά αυτοκίνητα της Formula E και το ελικόπτερο Ingenuity στον Άρη. Και τα δύο απαιτούν ακραίες επιδόσεις σε ακραία περιβάλλοντα.

Γιατί τα Πρισματικά Κύτταρα Μπορεί να Αναλαμβάνουν τον Κύρο

Η βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων εξελίσσεται ραγδαία και είναι αβέβαιο αν θα επικρατήσουν τα πρισματικά ή τα κυλινδρικά στοιχεία. Προς το παρόν, τα κυλινδρικά στοιχεία είναι πιο διαδεδομένα στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά υπάρχουν λόγοι να πιστεύουμε ότι τα πρισματικά στοιχεία θα κερδίσουν σε δημοτικότητα.

Καταρχάς, τα πρισματικά στοιχεία προσφέρουν την ευκαιρία να μειωθεί το κόστος μειώνοντας τον αριθμό των βημάτων κατασκευής. Η μορφή τους καθιστά δυνατή την κατασκευή μεγαλύτερων στοιχείων, γεγονός που μειώνει τον αριθμό των ηλεκτρικών συνδέσεων που πρέπει να καθαριστούν και να συγκολληθούν.

Οι πρισματικές μπαταρίες αποτελούν επίσης την ιδανική μορφή για τη χημεία λιθίου-φωσφορικού σιδήρου (LFP), ένα μείγμα υλικών που είναι φθηνότερα και πιο προσιτά. Σε αντίθεση με άλλες χημικές ενώσεις, οι μπαταρίες LFP χρησιμοποιούν πόρους που βρίσκονται παντού στον πλανήτη. Δεν απαιτούν σπάνια και ακριβά υλικά όπως το νικέλιο και το κοβάλτιο, τα οποία ανεβάζουν το κόστος άλλων τύπων κυψελών.

Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι τα πρισματικά στοιχεία LFP εμφανίζονται. Στην Ασία, οι κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων χρησιμοποιούν ήδη μπαταρίες LiFePO4, έναν τύπο μπαταρίας LFP σε πρισματική μορφή. Η Tesla δήλωσε επίσης ότι έχει αρχίσει να χρησιμοποιεί πρισματικές μπαταρίες που κατασκευάζονται στην Κίνα για τις τυπικές εκδόσεις των αυτοκινήτων της.

Ωστόσο, η χημεία του LFP έχει σημαντικά μειονεκτήματα. Καταρχάς, περιέχει λιγότερη ενέργεια από άλλες χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σήμερα και, ως εκ τούτου, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οχήματα υψηλών επιδόσεων όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα της Formula 1. Επιπλέον, τα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS) δυσκολεύονται να προβλέψουν το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας.

Μπορείτε να παρακολουθήσετε αυτό το βίντεο για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τηνLFPχημεία και γιατί κερδίζει σε δημοτικότητα.