არსებობს სამი ძირითადი ტიპილითიუმ-იონური ბატარეები(ლიტიუმ-იონური): ცილინდრული ელემენტები, პრიზმული ელემენტები და ტომრისებრი ელემენტები. ელექტრომობილების ინდუსტრიაში ყველაზე პერსპექტიული განვითარება ცილინდრულ და პრიზმატულ ელემენტებს ეხება. მიუხედავად იმისა, რომ ბოლო წლებში ცილინდრული ელემენტის ფორმატი ყველაზე პოპულარული იყო, რამდენიმე ფაქტორი მიუთითებს, რომ პრიზმული ელემენტები შესაძლოა დომინირებას ახდენდეს.

რა არისპრიზმული უჯრედები

აპრიზმული უჯრედიარის ელემენტი, რომლის ქიმიური შემადგენლობა მოთავსებულია მყარ კორპუსში. მისი მართკუთხა ფორმა საშუალებას იძლევა ეფექტურად განთავსდეს მრავალი ერთეული ელემენტის მოდულში. არსებობს პრიზმული ელემენტების ორი ტიპი: კორპუსის შიგნით არსებული ელექტროდის ფურცლები (ანოდი, გამყოფი, კათოდი) ან ერთმანეთზეა დაწყობილი, ან დაგორგლული და გაბრტყელებული.

ერთი და იგივე მოცულობისთვის, ერთმანეთზე დაწყობილ პრიზმატულ უჯრედებს შეუძლიათ ერთდროულად მეტი ენერგიის გამოყოფა, რაც უკეთეს მუშაობას უზრუნველყოფს, მაშინ როდესაც გაბრტყელებული პრიზმული უჯრედები მეტ ენერგიას შეიცავს, რაც მეტ გამძლეობას უზრუნველყოფს.

პრიზმული უჯრედები ძირითადად გამოიყენება ენერგიის შენახვის სისტემებსა და ელექტრომობილებში. მათი დიდი ზომა მათ არახელსაყრელ კანდიდატებად აქცევს ისეთი მცირე ზომის მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა ელექტროველოსიპედები და მობილური ტელეფონები. ამიტომ, ისინი უკეთესად ენერგომოხმარებადი აპლიკაციებისთვისაა შესაფერისი.

რა არის ცილინდრული უჯრედები

აცილინდრული უჯრედიარის უჯრედი, რომელიც მოთავსებულია მყარ ცილინდრულ ქილაში. ცილინდრული უჯრედები პატარა და მრგვალია, რაც შესაძლებელს ხდის მათ სხვადასხვა ზომის მოწყობილობებში განთავსებას. სხვა აკუმულატორების ფორმატისგან განსხვავებით, მათი ფორმა ხელს უშლის შეშუპებას, რაც არასასურველი მოვლენაა აკუმულატორებისთვის, როდესაც გაზები გროვდება კორპუსში.

ცილინდრული ელემენტები თავდაპირველად ლეპტოპებში გამოიყენეს, რომლებიც სამიდან ცხრა ელემენტამდე შეიცავდა. შემდეგ მათ პოპულარობა მოიპოვეს, როდესაც Tesla-მ ისინი თავის პირველ ელექტრომობილებში (Roadster და Model S) გამოიყენა, რომლებიც 6000-დან 9000 ელემენტამდე შეიცავდა.

ცილინდრული ელემენტები ასევე გამოიყენება ელექტროველოსიპედებში, სამედიცინო მოწყობილობებსა და თანამგზავრებში. ისინი ასევე აუცილებელია კოსმოსური კვლევისთვის მათი ფორმის გამო; სხვა ფორმატის ელემენტები დეფორმირებული იქნებოდა ატმოსფერული წნევის ზემოქმედებით. მაგალითად, მარსზე გაგზავნილი ბოლო როვერი ცილინდრული ელემენტების გამოყენებით მუშაობს. ფორმულა E-ს მაღალი ხარისხის ელექტრო სარბოლო მანქანები თავიანთ ელემენტებში ზუსტად იგივე ელემენტებს იყენებენ, რასაც როვერები.

პრიზმული და ცილინდრული უჯრედების ძირითადი განსხვავებები

ფორმა არ არის ერთადერთი განსხვავება პრიზმულ და ცილინდრულ უჯრედებს შორის. სხვა მნიშვნელოვანი განსხვავებებია მათი ზომა, ელექტრული შეერთებების რაოდენობა და გამომავალი სიმძლავრე.

ზომა

პრიზმული უჯრედები გაცილებით დიდია, ვიდრე ცილინდრული უჯრედები და შესაბამისად, თითოეულ უჯრედზე მეტი ენერგიაა. განსხვავების დაახლოებითი წარმოდგენის მისაღებად, ერთ პრიზმულ უჯრედს შეუძლია შეიცავდეს იმავე რაოდენობის ენერგიას, რასაც 20-დან 100-მდე ცილინდრული უჯრედი. ცილინდრული უჯრედების უფრო მცირე ზომა ნიშნავს, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია ისეთი აპლიკაციებისთვის, რომლებიც ნაკლებ ენერგიას მოითხოვს. შედეგად, ისინი გამოიყენება უფრო ფართო სპექტრის აპლიკაციებისთვის.

კავშირები

რადგან პრიზმული ელემენტები ცილინდრულ ელემენტებთან შედარებით უფრო დიდია, იმავე რაოდენობის ენერგიის მისაღწევად ნაკლები უჯრედია საჭირო. ეს ნიშნავს, რომ იმავე მოცულობისთვის, პრიზმული ელემენტების გამოყენებით აკუმულატორებს ნაკლები ელექტრული შეერთება სჭირდებათ შედუღებამდე. ეს პრიზმული უჯრედების მთავარი უპირატესობაა, რადგან წარმოების დეფექტების ნაკლები შესაძლებლობა არსებობს.

სიმძლავრე

ცილინდრული ელემენტები შესაძლოა ნაკლებ ენერგიას ინახავდნენ, ვიდრე პრიზმული ელემენტები, მაგრამ მათ მეტი სიმძლავრე აქვთ. ეს ნიშნავს, რომ ცილინდრულ ელემენტებს შეუძლიათ ენერგიის უფრო სწრაფად განტვირთვა, ვიდრე პრიზმული ელემენტები. მიზეზი ის არის, რომ მათ ამპერ-საათში (Ah) მეტი შეერთება აქვთ. შედეგად, ცილინდრული ელემენტები იდეალურია მაღალი ხარისხის აპლიკაციებისთვის, ხოლო პრიზმული ელემენტები იდეალურია ენერგოეფექტურობის ოპტიმიზაციისთვის.

მაღალი ხარისხის აკუმულატორების გამოყენების მაგალითებია ფორმულა E-ს სარბოლო მანქანები და მარსზე განთავსებული Ingenuity-ის ვერტმფრენი. ორივე მათგანი ექსტრემალურ გარემოში ექსტრემალურ მუშაობას მოითხოვს.

რატომ შეიძლება პრიზმული უჯრედები იპყრობდნენ უპირატესობას

ელექტრომობილების ინდუსტრია სწრაფად ვითარდება და გაურკვეველია, გაბატონდება თუ არა პრიზმული თუ ცილინდრული უჯრედები. ამ ეტაპზე, ელექტრომობილების ინდუსტრიაში ცილინდრული უჯრედები უფრო ფართოდ არის გავრცელებული, თუმცა არსებობს საფუძველი ვიფიქროთ, რომ პრიზმული უჯრედები პოპულარობას მოიპოვებს.

პირველ რიგში, პრიზმული უჯრედები წარმოების ეტაპების რაოდენობის შემცირებით ხარჯების შემცირების შესაძლებლობას იძლევა. მათი ფორმატი შესაძლებელს ხდის უფრო დიდი ზომის უჯრედების წარმოებას, რაც ამცირებს გასაწმენდი და შედუღებული ელექტრო შეერთებების რაოდენობას.

პრიზმული ბატარეები ასევე იდეალური ფორმატია ლითიუმ-რკინის ფოსფატის (LFP) ქიმიისთვის, რომელიც მასალების ნაზავია, რომელიც უფრო იაფი და ხელმისაწვდომია. სხვა ქიმიკატებისგან განსხვავებით, LFP ბატარეები იყენებენ რესურსებს, რომლებიც პლანეტის ყველგან არის. ისინი არ საჭიროებენ იშვიათ და ძვირადღირებულ მასალებს, როგორიცაა ნიკელი და კობალტი, რაც სხვა ტიპის უჯრედების ფასს ზრდის.

არსებობს ძლიერი სიგნალები, რომ LFP პრიზმული უჯრედები ჩნდება. აზიაში ელექტრომობილების მწარმოებლები უკვე იყენებენ LiFePO4 აკუმულატორებს, რომელიც პრიზმული ფორმატის LFP აკუმულატორის სახეობაა. Tesla-მ ასევე განაცხადა, რომ მან დაიწყო ჩინეთში წარმოებული პრიზმული აკუმულატორების გამოყენება თავისი ავტომობილების სტანდარტული ვერსიებისთვის.

თუმცა, LFP-ის ქიმიას მნიშვნელოვანი უარყოფითი მხარეები აქვს. პირველ რიგში, ის შეიცავს ნაკლებ ენერგიას, ვიდრე ამჟამად გამოყენებული სხვა ქიმიკატები და, შესაბამისად, არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალი წარმადობის მანქანებისთვის, როგორიცაა ფორმულა 1-ის ელექტრომობილები. გარდა ამისა, ბატარეის მართვის სისტემებს (BMS) უჭირთ ბატარეის დატენვის დონის პროგნოზირება.

მეტი ინფორმაციის მისაღებად შეგიძლიათ უყუროთ ამ ვიდეოსლიგის ფინალიქიმია და რატომ იძენს ის პოპულარობას.