Obstajajo tri glavne vrstelitij-ionske baterije(litij-ionske): valjaste celice, prizmatične celice in vrečkaste celice. V industriji električnih vozil se najbolj obetavni razvoj vrti okoli valjastih in prizmatičnih celic. Čeprav je bila valjasta oblika baterij v zadnjih letih najbolj priljubljena, več dejavnikov kaže, da bi lahko prizmatične celice prevzele prevlado.

Kaj soPrizmatične celice

Aprizmatična celicaje celica, katere kemijska sestava je zaprta v togem ohišju. Njena pravokotna oblika omogoča učinkovito zlaganje več enot v baterijski modul. Obstajata dve vrsti prizmatičnih celic: elektrodne plošče znotraj ohišja (anoda, separator, katoda) so bodisi zložene bodisi zvite in sploščene.

Za enako prostornino lahko zložene prizmatične celice sprostijo več energije naenkrat, kar ponuja boljšo zmogljivost, medtem ko sploščene prizmatične celice vsebujejo več energije in ponujajo večjo vzdržljivost.

Prizmatične celice se uporabljajo predvsem v sistemih za shranjevanje energije in električnih vozilih. Zaradi večje velikosti niso primerne za manjše naprave, kot so električna kolesa in mobilni telefoni. Zato so bolj primerne za energetsko intenzivne aplikacije.

Kaj so valjaste celice

Avaljasta celicaje celica, zaprta v togi valjasti posodi. Valjaste celice so majhne in okrogle, kar omogoča njihovo zlaganje v naprave vseh velikosti. Za razliko od drugih oblik baterij njihova oblika preprečuje nabrekanje, kar je nezaželen pojav pri baterijah, kjer se v ohišju kopičijo plini.

Valjaste celice so bile najprej uporabljene v prenosnikih, ki so vsebovali od tri do devet celic. Nato so postale bolj priljubljene, ko jih je Tesla uporabila v svojih prvih električnih vozilih (Roadster in Model S), ki so vsebovala od 6000 do 9000 celic.

Valjaste celice se uporabljajo tudi v električnih kolesih, medicinskih pripomočkih in satelitih. Zaradi svoje oblike so bistvene tudi pri raziskovanju vesolja; druge oblike celic bi se zaradi atmosferskega tlaka deformirale. Zadnji rover, poslan na Mars, na primer deluje z valjastimi celicami. Visokozmogljivi električni dirkalniki Formule E v svoji bateriji uporabljajo popolnoma enake celice kot rover.

Glavne razlike med prizmatičnimi in valjastimi celicami

Oblika ni edina stvar, ki razlikuje prizmatične in valjaste celice. Druge pomembne razlike vključujejo njihovo velikost, število električnih povezav in njihovo izhodno moč.

Velikost

Prizmatične celice so veliko večje od valjastih celic in zato vsebujejo več energije na celico. Za grobo predstavo o razliki lahko ena sama prizmatična celica vsebuje enako količino energije kot 20 do 100 valjastih celic. Manjša velikost valjastih celic pomeni, da se lahko uporabljajo za aplikacije, ki zahtevajo manj energije. Posledično se uporabljajo za širši spekter aplikacij.

Povezave

Ker so prizmatične celice večje od valjastih celic, je za doseganje enake količine energije potrebnih manj celic. To pomeni, da imajo baterije, ki uporabljajo prizmatične celice, za enako prostornino manj električnih povezav, ki jih je treba variti. To je velika prednost prizmatičnih celic, saj je manj možnosti za proizvodne napake.

Moč

Cilindrične celice lahko shranijo manj energije kot prizmatične celice, vendar imajo več moči. To pomeni, da lahko cilindrične celice svojo energijo praznjo hitreje kot prizmatične celice. Razlog za to je, da imajo več povezav na amper-uro (Ah). Posledično so cilindrične celice idealne za visokozmogljive aplikacije, medtem ko so prizmatične celice idealne za optimizacijo energetske učinkovitosti.

Primeri uporabe visokozmogljivih baterij vključujejo dirkalnike Formule E in helikopter Ingenuity na Marsu. Oba zahtevata ekstremne zmogljivosti v ekstremnih okoljih.

Zakaj bi prizmatične celice lahko prevzele oblast

Industrija električnih vozil se hitro razvija in ni gotovo, ali bodo prevladale prizmatične ali valjaste celice. Trenutno so valjaste celice v industriji električnih vozil bolj razširjene, vendar obstajajo razlogi za domnevo, da bodo prizmatične celice pridobile na priljubljenosti.

Prvič, prizmatične celice ponujajo priložnost za znižanje stroškov z zmanjšanjem števila proizvodnih korakov. Njihova oblika omogoča izdelavo večjih celic, kar zmanjša število električnih povezav, ki jih je treba očistiti in variti.

Prizmatične baterije so tudi idealna oblika za litij-železov fosfat (LFP), mešanico materialov, ki so cenejši in dostopnejši. Za razliko od drugih kemičnih procesov LFP baterije uporabljajo vire, ki so povsod na planetu. Ne potrebujejo redkih in dragih materialov, kot sta nikelj in kobalt, ki zvišujejo stroške drugih vrst celic.

Obstajajo močni znaki, da se pojavljajo prizmatične celice LFP. V Aziji proizvajalci električnih vozil že uporabljajo LiFePO4 baterije, vrsto baterije LFP v prizmatičnem formatu. Tesla je tudi izjavila, da je za standardne različice svojih avtomobilov začela uporabljati prizmatične baterije, izdelane na Kitajskem.

Vendar pa ima kemična sestava LFP pomembne pomanjkljivosti. Kot prvo, vsebuje manj energije kot druge kemične sestave, ki se trenutno uporabljajo, in se zato ne more uporabljati za visokozmogljiva vozila, kot so električni avtomobili Formule 1. Poleg tega imajo sistemi za upravljanje baterij (BMS) težave pri napovedovanju stopnje napolnjenosti baterije.

Ta videoposnetek si lahko ogledate, če želite izvedeti več oLFPkemija in zakaj pridobiva na priljubljenosti.