Ir trīs galvenie veidilitija jonu akumulatori(litija jonu): cilindriskas šūnas, prizmatiskas šūnas un maisiņu šūnas. Elektrotransportlīdzekļu nozarē visdaudzsološākie attīstības virzieni ir saistīti ar cilindriskām un prizmatiskām šūnām. Lai gan pēdējos gados vispopulārākais ir bijis cilindrisko akumulatoru formāts, vairāki faktori liecina, ka prizmatiskās šūnas varētu pārņemt šo tendenci.

Kas irPrizmatiskās šūnas

Aprizmatiska šūnair elements, kura ķīmiskais sastāvs ir ievietots stingrā korpusā. Tā taisnstūra forma ļauj efektīvi sakraut vairākas vienības akumulatora modulī. Ir divu veidu prizmatiskie elementi: korpusa iekšpusē esošās elektrodu loksnes (anoda, separatora, katoda) ir vai nu sakrautas, vai sarullētas un saplacinātas.

Tajā pašā tilpumā sakrautas prizmatiskās šūnas var vienlaikus atbrīvot vairāk enerģijas, piedāvājot labāku veiktspēju, savukārt saplacinātas prizmatiskās šūnas satur vairāk enerģijas, piedāvājot lielāku izturību.

Prizmatiskās šūnas galvenokārt izmanto enerģijas uzkrāšanas sistēmās un elektriskajos transportlīdzekļos. To lielākais izmērs padara tās par nepiemērotām mazākām ierīcēm, piemēram, e-velosipēdiem un mobilajiem tālruņiem. Tāpēc tās ir labāk piemērotas energoietilpīgām lietojumprogrammām.

Kas ir cilindriskas šūnas

Acilindriska šūnair elements, kas ievietots stingrā cilindriskā korpusā. Cilindriskas šūnas ir mazas un apaļas, kas ļauj tās ievietot visu izmēru ierīcēs. Atšķirībā no citiem akumulatoru formātiem, to forma novērš pietūkumu, kas ir nevēlama parādība akumulatoros, kur korpusā uzkrājas gāzes.

Cilindriskas šūnas sākotnēji tika izmantotas klēpjdatoros, kuros bija no trim līdz deviņām šūnām. Pēc tam tās ieguva popularitāti, kad Tesla tās izmantoja savos pirmajos elektriskajos transportlīdzekļos (Roadster un Model S), kuros bija no 6000 līdz 9000 šūnām.

Cilindriskas šūnas tiek izmantotas arī e-velosipēdos, medicīnas ierīcēs un satelītos. Tās ir būtiskas arī kosmosa izpētē to formas dēļ; atmosfēras spiediens deformētu citus šūnu formātus. Piemēram, pēdējais uz Marsa nosūtītais roveris darbojas, izmantojot cilindriskas šūnas. Formula E augstas veiktspējas elektriskās sacīkšu automašīnas savā akumulatorā izmanto tieši tādas pašas šūnas kā roveris.

Galvenās atšķirības starp prizmatiskajām un cilindriskajām šūnām

Forma nav vienīgā lieta, kas atšķir prizmatiskās un cilindriskās šūnas. Citas svarīgas atšķirības ir to izmērs, elektrisko savienojumu skaits un jauda.

Izmērs

Prizmatiskās šūnas ir daudz lielākas nekā cilindriskās šūnas, un tāpēc katra šūna satur vairāk enerģijas. Lai sniegtu aptuvenu priekšstatu par atšķirību, viena prizmatiska šūna var saturēt tādu pašu enerģijas daudzumu kā 20 līdz 100 cilindriskas šūnas. Cilindrisko šūnu mazāks izmērs nozīmē, ka tās var izmantot lietojumiem, kuriem nepieciešama mazāka jauda. Tā rezultātā tās tiek izmantotas plašākam lietojumu klāstam.

Savienojumi

Tā kā prizmatiskās šūnas ir lielākas nekā cilindriskās šūnas, ir nepieciešams mazāk šūnu, lai sasniegtu tādu pašu enerģijas daudzumu. Tas nozīmē, ka vienādam tilpumam akumulatoriem, kuros izmantotas prizmatiskās šūnas, ir mazāk elektrisko savienojumu, kas jāmetina. Tā ir liela prizmatisko šūnu priekšrocība, jo pastāv mazāk ražošanas defektu iespēju.

Jauda

Cilindriskas šūnas var uzglabāt mazāk enerģijas nekā prizmatiskās šūnas, taču tām ir lielāka jauda. Tas nozīmē, ka cilindriskas šūnas var izlādēt savu enerģiju ātrāk nekā prizmatiskās šūnas. Iemesls ir tāds, ka tām ir vairāk savienojumu uz ampērstundu (Ah). Tā rezultātā cilindriskas šūnas ir ideāli piemērotas augstas veiktspējas lietojumprogrammām, savukārt prizmatiskās šūnas ir ideāli piemērotas energoefektivitātes optimizēšanai.

Augstas veiktspējas akumulatoru pielietojumu piemēri ir Formula E sacīkšu automašīnas un Ingenuity helikopters uz Marsa. Abiem ir nepieciešama ekstremāla veiktspēja ekstremālos apstākļos.

Kāpēc prizmatiskās šūnas varētu pārņemt vadību

Elektroautomobiļu nozare strauji attīstās, un nav skaidrs, vai dominēs prizmatiskās vai cilindriskās šūnas. Pašlaik cilindriskās šūnas ir izplatītākas elektroautomobiļu nozarē, taču ir pamats domāt, ka prizmatiskās šūnas iegūs popularitāti.

Pirmkārt, prizmatiskās šūnas piedāvā iespēju samazināt izmaksas, samazinot ražošanas soļu skaitu. To formāts ļauj ražot lielākas šūnas, kas samazina elektrisko savienojumu skaitu, kas jātīra un jāmetina.

Prizmatiskās baterijas ir arī ideāls formāts litija-dzelzs fosfāta (LFP) ķīmijai — lētāku un pieejamāku materiālu maisījumam. Atšķirībā no citām ķīmiskajām vielām, LFP baterijās tiek izmantoti resursi, kas ir atrodami visur uz planētas. Tām nav nepieciešami reti un dārgi materiāli, piemēram, niķelis un kobalts, kas palielina citu šūnu veidu izmaksas.

Ir spēcīgi signāli, ka parādās LFP prizmatiskās šūnas. Āzijā elektrotransportlīdzekļu ražotāji jau izmanto LiFePO4 akumulatorus, kas ir prizmatiska formāta LFP akumulatora veids. Tesla arī paziņoja, ka ir sākusi izmantot Ķīnā ražotus prizmatiskus akumulatorus savu automašīnu standarta versijas versijām.

Tomēr LFP ķīmiskajai reakcijai ir būtiski trūkumi. Pirmkārt, tā satur mazāk enerģijas nekā citas pašlaik izmantotās ķīmiskās vielas, un tāpēc to nevar izmantot augstas veiktspējas transportlīdzekļos, piemēram, Formula 1 elektroautomobiļos. Turklāt akumulatoru pārvaldības sistēmām (BMS) ir grūti paredzēt akumulatora uzlādes līmeni.

Lai uzzinātu vairāk par šo tēmu, varat noskatīties šo video.LFPķīmija un kāpēc tā iegūst popularitāti.