Існує три основні типилітій-іонні акумулятори(літій-іонні): циліндричні елементи, призматичні елементи та пакетні елементи. У галузі електромобілів найперспективніші розробки зосереджені навколо циліндричних та призматичних елементів. Хоча циліндричний формат акумуляторів був найпопулярнішим в останні роки, кілька факторів свідчать про те, що призматичні елементи можуть зайняти їхнє місце.

Що такеПризматичні клітини

Апризматична клітина– це елемент, хімічний склад якого укладено в жорсткий корпус. Його прямокутна форма дозволяє ефективно складати кілька блоків в акумуляторному модулі. Існує два типи призматичних елементів: електродні листи всередині корпусу (анод, сепаратор, катод) або складаються, або згортаються та сплющуються.

При тому ж об'ємі багатошарові призматичні елементи можуть вивільняти більше енергії одночасно, забезпечуючи кращу продуктивність, тоді як сплющені призматичні елементи містять більше енергії, забезпечуючи більшу довговічність.

Призматичні елементи в основному використовуються в системах накопичення енергії та електромобілях. Їхній більший розмір робить їх поганими кандидатами для менших пристроїв, таких як електровелосипеди та мобільні телефони. Тому вони краще підходять для енергоємних застосувань.

Що таке циліндричні клітини

Ациліндрична комірка— це елемент, укладений у жорсткий циліндричний корпус. Циліндричні елементи мають невеликі розміри та круглу форму, що дозволяє складати їх у пристрої будь-якого розміру. На відміну від інших форматів батарей, їхня форма запобігає здуттю, небажаному явищу в батареях, коли гази накопичуються в корпусі.

Циліндричні елементи вперше використовувалися в ноутбуках, які містили від трьох до дев'яти елементів. Потім вони набули популярності, коли Tesla використала їх у своїх перших електромобілях (Roadster та Model S), які містили від 6000 до 9000 елементів.

Циліндричні елементи також використовуються в електровелосипедах, медичних пристроях та супутниках. Вони також важливі в дослідженнях космосу через свою форму; інші формати елементів деформувалися б під впливом атмосферного тиску. Наприклад, останній марсохід, відправлений на Марс, працює з використанням циліндричних елементів. Високопродуктивні електричні гоночні автомобілі Формули E використовують у своїх акумуляторах точно такі ж елементи, як і марсохід.

Основні відмінності між призматичними та циліндричними клітинами

Форма — це не єдина річ, яка відрізняє призматичні та циліндричні елементи. Інші важливі відмінності включають їхній розмір, кількість електричних з'єднань та вихідну потужність.

Розмір

Призматичні комірки набагато більші за циліндричні, і тому містять більше енергії на комірку. Щоб дати приблизне уявлення про різницю, одна призматична комірка може містити таку ж кількість енергії, як від 20 до 100 циліндричних комірок. Менший розмір циліндричних комірок означає, що їх можна використовувати для застосувань, що потребують менше енергії. Як результат, вони використовуються для ширшого спектру застосувань.

З'єднання

Оскільки призматичні елементи більші за циліндричні, для досягнення тієї ж кількості енергії потрібно менше елементів. Це означає, що для того ж об'єму батареї, які використовують призматичні елементи, мають менше електричних з'єднань, які потрібно зварювати. Це є великою перевагою для призматичних елементів, оскільки існує менше можливостей для виробничих дефектів.

Потужність

Циліндричні елементи можуть накопичувати менше енергії, ніж призматичні, але вони мають більшу потужність. Це означає, що циліндричні елементи можуть розряджати свою енергію швидше, ніж призматичні. Причина полягає в тому, що вони мають більше з'єднань на ампер-годину (А·год). Як результат, циліндричні елементи ідеально підходять для високопродуктивних застосувань, тоді як призматичні елементи ідеально підходять для оптимізації енергоефективності.

Прикладами застосування високопродуктивних акумуляторів є гоночні автомобілі Формули E та вертоліт Ingenuity на Марсі. Обидва вимагають надзвичайної продуктивності в екстремальних умовах.

Чому призматичні клітини можуть захоплювати світ

Індустрія електромобілів швидко розвивається, і невідомо, чи переважатимуть призматичні чи циліндричні елементи. Наразі циліндричні елементи більш поширені в індустрії електромобілів, але є підстави вважати, що призматичні елементи набуватимуть популярності.

По-перше, призматичні комірки пропонують можливість знизити витрати, зменшуючи кількість виробничих етапів. Їхній формат дозволяє виготовляти більші комірки, що зменшує кількість електричних з'єднань, які необхідно очищати та зварювати.

Призматичні батареї також є ідеальним форматом для літій-залізофосфатної (LFP) хімії, яка є поєднанням дешевших та доступніших матеріалів. На відміну від інших хімічних речовин, LFP-батареї використовують ресурси, які є повсюди на планеті. Вони не потребують рідкісних та дорогих матеріалів, таких як нікель та кобальт, які підвищують вартість інших типів елементів.

Є вагомі сигнали про появу призматичних елементів LFP. В Азії виробники електромобілів вже використовують LiFePO4 акумулятори, тип акумулятора LFP у призматичному форматі. Tesla також заявила, що почала використовувати призматичні акумулятори, виготовлені в Китаї, для стандартних версій своїх автомобілів.

Однак хімічний склад LFP має суттєві недоліки. По-перше, він містить менше енергії, ніж інші хімічні склади, що використовуються зараз, і тому не може використовуватися для високопродуктивних автомобілів, таких як електромобілі Формули-1. Крім того, системам керування акумуляторами (BMS) важко передбачити рівень заряду акумулятора.

Ви можете переглянути це відео, щоб дізнатися більше проЛФПхімія та чому вона набирає популярності.