سه نوع اصلی وجود داردباتری‌های لیتیوم-یون(لیتیوم-یون): سلول‌های استوانه‌ای، سلول‌های منشوری و سلول‌های کیسه‌ای. در صنعت خودروهای برقی، امیدوارکننده‌ترین پیشرفت‌ها حول سلول‌های استوانه‌ای و منشوری می‌چرخد. در حالی که قالب باتری استوانه‌ای در سال‌های اخیر محبوب‌ترین بوده است، عوامل متعددی نشان می‌دهد که سلول‌های منشوری ممکن است جای آنها را بگیرند.

چه هستند؟سلول‌های منشوری

الفسلول منشوریپیلی است که شیمی آن در یک محفظه سفت و سخت محصور شده است. شکل مستطیلی آن امکان چیدن کارآمد چندین واحد را در یک ماژول باتری فراهم می‌کند. دو نوع پیل منشوری وجود دارد: ورق‌های الکترود داخل محفظه (آند، جداکننده، کاتد) یا روی هم چیده شده‌اند یا لوله شده و صاف شده‌اند.

برای حجم یکسان، سلول‌های منشوری انباشته می‌توانند انرژی بیشتری را به طور همزمان آزاد کنند و عملکرد بهتری ارائه دهند، در حالی که سلول‌های منشوری مسطح حاوی انرژی بیشتری هستند و دوام بیشتری را ارائه می‌دهند.

سلول‌های منشوری عمدتاً در سیستم‌های ذخیره انرژی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. اندازه بزرگتر آنها، آنها را برای دستگاه‌های کوچکتر مانند دوچرخه‌های برقی و تلفن‌های همراه نامناسب می‌کند. بنابراین، آنها برای کاربردهای با مصرف انرژی بالا مناسب‌تر هستند.

سلول‌های استوانه‌ای چیستند؟

الفسلول استوانه‌ایسلولی است که در یک قوطی استوانه‌ای سفت و سخت محصور شده است. سلول‌های استوانه‌ای کوچک و گرد هستند و این امر امکان قرار دادن آنها در دستگاه‌هایی با هر اندازه‌ای را فراهم می‌کند. برخلاف سایر قالب‌های باتری، شکل آنها از تورم جلوگیری می‌کند، پدیده‌ای نامطلوب در باتری‌ها که در آن گازها در پوشش جمع می‌شوند.

سلول‌های استوانه‌ای ابتدا در لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شدند که بین سه تا نه سلول داشتند. سپس وقتی تسلا از آنها در اولین خودروهای الکتریکی خود (رودستر و مدل S) استفاده کرد که بین ۶۰۰۰ تا ۹۰۰۰ سلول داشتند، محبوبیت پیدا کردند.

سلول‌های استوانه‌ای همچنین در دوچرخه‌های برقی، دستگاه‌های پزشکی و ماهواره‌ها استفاده می‌شوند. آن‌ها همچنین به دلیل شکلشان در اکتشافات فضایی ضروری هستند؛ سایر قالب‌های سلولی تحت تأثیر فشار اتمسفر تغییر شکل می‌دهند. به عنوان مثال، آخرین مریخ‌نورد ارسال شده به مریخ با استفاده از سلول‌های استوانه‌ای کار می‌کند. خودروهای مسابقه‌ای برقی با عملکرد بالای فرمول E دقیقاً از همان سلول‌های مریخ‌نورد در باتری خود استفاده می‌کنند.

تفاوت‌های اصلی بین سلول‌های منشوری و استوانه‌ای

شکل تنها چیزی نیست که سلول‌های منشوری و استوانه‌ای را از هم متمایز می‌کند. سایر تفاوت‌های مهم شامل اندازه، تعداد اتصالات الکتریکی و توان خروجی آنها است.

اندازه

سلول‌های منشوری بسیار بزرگتر از سلول‌های استوانه‌ای هستند و از این رو انرژی بیشتری در هر سلول دارند. برای درک تقریبی تفاوت، یک سلول منشوری می‌تواند همان مقدار انرژی 20 تا 100 سلول استوانه‌ای را در خود جای دهد. اندازه کوچکتر سلول‌های استوانه‌ای به این معنی است که می‌توان از آنها برای کاربردهایی که به توان کمتری نیاز دارند استفاده کرد. در نتیجه، آنها برای طیف وسیع‌تری از کاربردها استفاده می‌شوند.

اتصالات

از آنجا که سلول‌های منشوری بزرگتر از سلول‌های استوانه‌ای هستند، برای دستیابی به همان مقدار انرژی به سلول‌های کمتری نیاز است. این بدان معناست که برای حجم یکسان، باتری‌هایی که از سلول‌های منشوری استفاده می‌کنند، اتصالات الکتریکی کمتری دارند که نیاز به جوشکاری دارند. این یک مزیت عمده برای سلول‌های منشوری است زیرا فرصت‌های کمتری برای نقص در تولید وجود دارد.

قدرت

سلول‌های استوانه‌ای ممکن است انرژی کمتری نسبت به سلول‌های منشوری ذخیره کنند، اما قدرت بیشتری دارند. این بدان معناست که سلول‌های استوانه‌ای می‌توانند انرژی خود را سریع‌تر از سلول‌های منشوری تخلیه کنند. دلیل آن این است که آنها اتصالات بیشتری در هر آمپر-ساعت (Ah) دارند. در نتیجه، سلول‌های استوانه‌ای برای کاربردهای با کارایی بالا ایده‌آل هستند در حالی که سلول‌های منشوری برای بهینه‌سازی بهره‌وری انرژی ایده‌آل هستند.

نمونه‌هایی از کاربردهای باتری با کارایی بالا شامل خودروهای مسابقه‌ای فرمول E و هلیکوپتر Ingenuity در مریخ است. هر دو به عملکرد فوق‌العاده در محیط‌های سخت نیاز دارند.

چرا سلول‌های منشوری ممکن است غالب شوند؟

صنعت خودروهای برقی به سرعت در حال تکامل است و مشخص نیست که آیا سلول‌های منشوری یا سلول‌های استوانه‌ای غالب خواهند شد. در حال حاضر، سلول‌های استوانه‌ای در صنعت خودروهای برقی گسترده‌تر هستند، اما دلایلی وجود دارد که فکر کنیم سلول‌های منشوری محبوبیت بیشتری پیدا خواهند کرد.

اولاً، سلول‌های منشوری با کاهش تعداد مراحل تولید، فرصتی برای کاهش هزینه‌ها ارائه می‌دهند. قالب آنها امکان تولید سلول‌های بزرگتر را فراهم می‌کند که تعداد اتصالات الکتریکی مورد نیاز برای تمیز کردن و جوشکاری را کاهش می‌دهد.

باتری‌های منشوری همچنین قالب ایده‌آلی برای شیمی لیتیوم-آهن فسفات (LFP) هستند، ترکیبی از موادی که ارزان‌تر و در دسترس‌تر هستند. برخلاف سایر مواد شیمیایی، باتری‌های LFP از منابعی استفاده می‌کنند که در همه جای کره زمین وجود دارند. آنها به مواد کمیاب و گران‌قیمتی مانند نیکل و کبالت که هزینه سایر انواع سلول‌ها را بالا می‌برند، نیاز ندارند.

نشانه‌های قوی وجود دارد که سلول‌های منشوری LFP در حال ظهور هستند. در آسیا، تولیدکنندگان خودروهای برقی در حال حاضر از باتری‌های LiFePO4، نوعی باتری LFP در قالب منشوری، استفاده می‌کنند. تسلا همچنین اظهار داشت که استفاده از باتری‌های منشوری تولید شده در چین را برای نسخه‌های استاندارد خودروهای خود آغاز کرده است.

با این حال، شیمی LFP معایب مهمی دارد. اولاً، این ماده نسبت به سایر شیمی‌های مورد استفاده فعلی، انرژی کمتری دارد و به همین دلیل نمی‌تواند برای وسایل نقلیه با کارایی بالا مانند اتومبیل‌های برقی فرمول 1 استفاده شود. علاوه بر این، سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) در پیش‌بینی سطح شارژ باتری مشکل دارند.

برای آشنایی بیشتر با این موضوع می‌توانید این ویدیو را تماشا کنیدLFPشیمی و دلیل محبوبیت روزافزون آن