Существует три основных типалитий-ионные батареи(литий-ионные): цилиндрические элементы, призматические элементы и элементы в виде пакетов. В индустрии электромобилей наиболее перспективные разработки связаны с цилиндрическими и призматическими элементами. Хотя цилиндрический формат батарей был наиболее популярен в последние годы, ряд факторов указывает на то, что призматические элементы могут занять лидирующие позиции.

Что такоеПризматические клетки

Апризматическая клеткаЭто элемент, химический состав которого заключен в жесткий корпус. Его прямоугольная форма позволяет эффективно размещать несколько элементов в батарейном модуле. Существует два типа призматических элементов: электродные листы внутри корпуса (анод, сепаратор, катод) либо уложены друг на друга, либо свернуты и сплющены.

При одинаковом объеме многослойные призматические элементы могут высвобождать больше энергии за один раз, обеспечивая лучшую производительность, в то время как плоские призматические элементы содержат больше энергии, что обеспечивает большую долговечность.

Призматические элементы в основном используются в системах хранения энергии и электромобилях. Из-за своих больших размеров они плохо подходят для более компактных устройств, таких как электровелосипеды и мобильные телефоны. Поэтому они лучше подходят для энергоемких применений.

Что такое цилиндрические ячейки?

Ацилиндрическая ячейкаЭто элемент, заключенный в жесткий цилиндрический корпус. Цилиндрические элементы имеют небольшие круглые размеры, что позволяет устанавливать их в устройствах любых размеров. В отличие от других типов батарей, их форма предотвращает разбухание — нежелательное явление в батареях, при котором в корпусе накапливаются газы.

Цилиндрические элементы питания впервые были использованы в ноутбуках, где их количество составляло от трех до девяти. Затем они приобрели популярность, когда компания Tesla применила их в своих первых электромобилях (Roadster и Model S), в которых содержалось от 6000 до 9000 элементов питания.

Цилиндрические элементы питания также используются в электровелосипедах, медицинских приборах и спутниках. Благодаря своей форме они также необходимы в освоении космоса; другие форматы элементов деформировались бы под воздействием атмосферного давления. Например, последний марсоход, отправленный на Марс, работает на основе цилиндрических элементов питания. Высокопроизводительные электрические гоночные автомобили Формулы E используют точно такие же элементы питания, как и марсоход, в своей батарее.

Основные различия между призматическими и цилиндрическими ячейками

Форма — не единственное отличие призматических и цилиндрических элементов. К другим важным различиям относятся их размер, количество электрических соединений и выходная мощность.

Размер

Призматические элементы значительно больше цилиндрических, и, следовательно, каждый из них содержит больше энергии. Для наглядности, один призматический элемент может содержать столько же энергии, сколько от 20 до 100 цилиндрических элементов. Меньший размер цилиндрических элементов позволяет использовать их в приложениях, требующих меньшей мощности. В результате они находят применение в более широком спектре областей.

Связи

Поскольку призматические элементы больше цилиндрических, для получения того же количества энергии требуется меньше элементов. Это означает, что при том же объеме батареи, использующие призматические элементы, имеют меньше электрических соединений, которые необходимо сваривать. Это является существенным преимуществом призматических элементов, поскольку снижается вероятность производственных дефектов.

Власть

Цилиндрические элементы могут накапливать меньше энергии, чем призматические, но обладают большей мощностью. Это означает, что цилиндрические элементы могут разряжаться быстрее, чем призматические. Причина в том, что у них больше контактов на ампер-час (Ач). В результате цилиндрические элементы идеально подходят для высокопроизводительных приложений, тогда как призматические элементы идеально подходят для оптимизации энергоэффективности.

Примерами применения высокоэффективных батарей являются гоночные автомобили Формулы E и вертолет Ingenuity на Марсе. В обоих случаях требуются экстремальные характеристики в экстремальных условиях.

Почему призматические клетки могут брать верх

Индустрия электромобилей быстро развивается, и пока неясно, какие элементы — призматические или цилиндрические — возобладают. В настоящее время цилиндрические элементы более распространены в индустрии электромобилей, но есть основания полагать, что призматические элементы станут более популярными.

Во-первых, призматические ячейки позволяют снизить затраты за счет сокращения количества этапов производства. Их формат дает возможность изготавливать ячейки большего размера, что уменьшает количество электрических соединений, которые необходимо очищать и сваривать.

Призматические батареи также идеально подходят для литий-железо-фосфатной (LFP) химии, представляющей собой смесь более дешевых и доступных материалов. В отличие от других химических составов, в LFP-батареях используются ресурсы, которые есть повсюду на планете. Для их производства не требуются редкие и дорогостоящие материалы, такие как никель и кобальт, которые повышают стоимость других типов элементов питания.

Есть веские признаки того, что призматические элементы LFP набирают популярность. В Азии производители электромобилей уже используют батареи LiFePO4, разновидность LFP-батарей призматического формата. Tesla также заявила, что начала использовать призматические батареи китайского производства для стандартных версий своих автомобилей.

Однако у литий-железо-фосфатной (LFP) химии есть важные недостатки. Во-первых, она содержит меньше энергии, чем другие химические составы, используемые в настоящее время, и поэтому не может применяться в высокопроизводительных транспортных средствах, таких как электромобили Формулы-1. Кроме того, системам управления батареями (BMS) сложно прогнозировать уровень заряда батареи.

Вы можете посмотреть это видео, чтобы узнать больше об этом.ЛФПХимия и почему она набирает популярность.