Existují tři hlavní typylithium-iontové baterie(lithium-iontové): válcové články, prizmatické články a kapsové články. V odvětví elektromobilů se nejslibnější vývoj točí kolem válcových a prizmatických článků. Ačkoli válcový formát baterií byl v posledních letech nejoblíbenější, několik faktorů naznačuje, že by mohly převzít prvenství prizmatické články.

Co jsouPrizmatické buňky

Aprizmatická buňkaje článek, jehož chemické složení je uzavřeno v pevném pouzdře. Jeho obdélníkový tvar umožňuje efektivní stohování více jednotek v bateriovém modulu. Existují dva typy prizmatických článků: elektrodové desky uvnitř pouzdra (anoda, separátor, katoda) jsou buď stohovány, nebo srolovány a zploštěny.

Při stejném objemu mohou vrstvené prizmatické články uvolnit více energie najednou, což nabízí lepší výkon, zatímco zploštělé prizmatické články obsahují více energie a nabízejí větší odolnost.

Prizmatické články se používají hlavně v systémech pro ukládání energie a elektromobilech. Jejich větší velikost z nich činí špatné kandidáty pro menší zařízení, jako jsou elektrokola a mobilní telefony. Proto se lépe hodí pro energeticky náročné aplikace.

Co jsou válcové buňky

Aválcová buňkaje článek uzavřený v pevné válcové nádobě. Válcové články jsou malé a kulaté, což umožňuje jejich stohování v zařízeních všech velikostí. Na rozdíl od jiných formátů baterií jejich tvar zabraňuje bobtnání, což je nežádoucí jev u baterií, kde se v pouzdře hromadí plyny.

Válcové články byly poprvé použity v laptopech, které obsahovaly tři až devět článků. Jejich popularita se pak zvýšila, když je Tesla použila ve svých prvních elektromobilech (Roadster a Model S), které obsahovaly 6 000 až 9 000 článků.

Válcové články se používají také v elektrokolech, zdravotnických prostředcích a satelitech. Jsou také nezbytné pro výzkum vesmíru kvůli svému tvaru; jiné formáty článků by se deformovaly atmosférickým tlakem. Například poslední rover vyslaný na Mars pracuje s válcovými články. Vysoce výkonné elektrické závodní vozy Formule E používají ve své baterii přesně stejné články jako rover.

Hlavní rozdíly mezi prizmatickými a válcovými buňkami

Tvar není jediným rozdílem mezi prizmatickými a válcovými články. Mezi další důležité rozdíly patří jejich velikost, počet elektrických spojení a jejich výkon.

Velikost

Prizmatické články jsou mnohem větší než válcové články, a proto obsahují více energie na článek. Pro hrubou představu o rozdílu může jeden prizmatický článek obsahovat stejné množství energie jako 20 až 100 válcových článků. Menší velikost válcových článků znamená, že je lze použít pro aplikace, které vyžadují méně energie. V důsledku toho se používají pro širší škálu aplikací.

Připojení

Protože prizmatické články jsou větší než válcové, je k dosažení stejného množství energie potřeba méně článků. To znamená, že při stejném objemu mají baterie, které používají prizmatické články, méně elektrických spojů, které je třeba svařovat. To je hlavní výhoda prizmatických článků, protože existuje menší riziko výrobních vad.

Moc

Válcové články mohou ukládat méně energie než prizmatické články, ale mají větší výkon. To znamená, že válcové články mohou vybíjet svou energii rychleji než prizmatické články. Důvodem je, že mají více spojení na ampérhodinu (Ah). V důsledku toho jsou válcové články ideální pro vysoce výkonné aplikace, zatímco prizmatické články jsou ideální pro optimalizaci energetické účinnosti.

Mezi příklady aplikací vysoce výkonných baterií patří závodní vozy Formule E a vrtulník Ingenuity na Marsu. Oba vyžadují extrémní výkon v extrémních podmínkách.

Proč by prizmatické buňky mohly převzít kontrolu

Průmysl elektromobilů se rychle vyvíjí a není jisté, zda převládnou prizmatické nebo válcové články. V současné době jsou v odvětví elektromobilů rozšířenější válcové články, ale existují důvody se domnívat, že prizmatické články získají na popularitě.

Zaprvé, prizmatické články nabízejí možnost snížit náklady snížením počtu výrobních kroků. Jejich formát umožňuje vyrábět větší články, což snižuje počet elektrických spojů, které je třeba čistit a svařovat.

Prizmatické baterie jsou také ideálním formátem pro chemii lithium-železitý fosfát (LFP), což je směs materiálů, které jsou levnější a dostupnější. Na rozdíl od jiných chemických procesů používají baterie LFP zdroje, které jsou všude na planetě. Nevyžadují vzácné a drahé materiály, jako je nikl a kobalt, které zvyšují cenu jiných typů článků.

Existují silné signály, že se objevují prizmatické články LFP. V Asii již výrobci elektromobilů používají baterie LiFePO4, což je typ baterie LFP v prizmatickém formátu. Tesla také uvedla, že začala používat prizmatické baterie vyrobené v Číně pro standardní verze svých vozů.

Chemické složení LFP má však i své důležité nevýhody. Zaprvé, obsahuje méně energie než jiné chemické složení, které se v současnosti používají, a proto jej nelze použít pro vysoce výkonná vozidla, jako jsou elektromobily Formule 1. Systémy správy baterií (BMS) navíc jen těžko předpovídají úroveň nabití baterie.

Více se o tom můžete dozvědět v tomto videuLFPchemie a proč získává na popularitě.