Það eru þrjár megingerðir aflitíum-jón rafhlöður(litíum-jón): sívalningslaga rafhlöður, prismalaga rafhlöður og pokalaga rafhlöður. Í rafknúnum ökutækjaiðnaði snúast efnilegustu þróunin um sívalningslaga og prismalaga rafhlöður. Þó að sívalningslaga rafhlöðuformið hafi verið vinsælast á undanförnum árum benda nokkrir þættir til þess að prismalaga rafhlöður gætu tekið við.

Hvað eruPrismatískar frumur

Aprismafrumuer rafhlaða sem er í stífu hylki. Rétthyrnd lögun hennar gerir kleift að stafla mörgum einingum á skilvirkan hátt í rafhlöðueiningu. Það eru tvær gerðir af prismafrumum: rafskautsplöturnar inni í hylkinu (anóða, aðskilnaður, katóða) eru annað hvort staflaðar eða rúllaðar og flattar út.

Fyrir sama rúmmál geta staflaðar prismafrumur losað meiri orku í einu, sem býður upp á betri afköst, en flatar prismafrumur innihalda meiri orku, sem býður upp á meiri endingu.

Prismatískar rafhlöður eru aðallega notaðar í orkugeymslukerfum og rafknúnum ökutækjum. Stærri stærð þeirra gerir þær slæmar fyrir minni tæki eins og rafmagnshjól og farsíma. Þess vegna henta þær betur fyrir orkufrekar notkunarmöguleika.

Hvað eru sívalningslaga frumur

Asívalningslaga frumaer rafhlaða sem er lokuð í stífri sívalningslaga dós. Sívalningslaga rafhlaður eru litlar og kringlóttar, sem gerir það mögulegt að stafla þeim í tæki af öllum stærðum. Ólíkt öðrum rafhlöðugerðum kemur lögun þeirra í veg fyrir þenslu, sem er óæskilegt fyrirbæri í rafhlöðum þar sem lofttegundir safnast fyrir í hlífinni.

Sívalningslaga rafhlöður voru fyrst notaðar í fartölvum, sem innihéldu þrjár til níu rafhlöður. Þær urðu síðan vinsælar þegar Tesla notaði þær í fyrstu rafbílum sínum (Roadster og Model S), sem innihéldu á milli 6.000 og 9.000 rafhlöður.

Sívalningslaga rafhlöður eru einnig notaðar í rafmagnshjólum, lækningatækjum og gervihnöttum. Þær eru einnig nauðsynlegar í geimkönnun vegna lögunar sinnar; aðrar gerðir rafhlöðu myndu afmyndast vegna loftþrýstings. Síðasti Mars-jeppinn sem sendur var á Mars notar til dæmis sívalningslaga rafhlöður. Rafknúnir kappakstursbílar Formúlu E nota nákvæmlega sömu rafhlöður og jeppinn í rafhlöðunni sinni.

Helstu munurinn á prismatískum og sívalningslaga frumum

Lögun er ekki það eina sem greinir á milli prisma- og sívalningslaga frumna. Aðrir mikilvægir munir eru stærð þeirra, fjöldi rafmagnstenginga og afköst þeirra.

Stærð

Prismatískar frumur eru mun stærri en sívalningslaga frumur og innihalda því meiri orku í hverri frumu. Til að gefa grófa hugmynd um muninn, þá getur ein prismatísk fruma innihaldið sama magn af orku og 20 til 100 sívalningslaga frumur. Minni stærð sívalningslaga frumna þýðir að hægt er að nota þær í forritum sem krefjast minni orku. Þar af leiðandi eru þær notaðar í fjölbreyttari tilgangi.

Tengingar

Þar sem prismafrumur eru stærri en sívalningslaga rafhlöður þarf færri rafhlöður til að ná sama magni af orku. Þetta þýðir að fyrir sama rúmmál þurfa rafhlöður sem nota prismafrumur færri rafmagnstengingar sem þarf að suða. Þetta er mikill kostur fyrir prismafrumur því það eru færri líkur á framleiðslugöllum.

Kraftur

Sívalningslaga rafhlöður geyma kannski minni orku en prismalaga rafhlöður, en þær hafa meiri afl. Þetta þýðir að sívalningslaga rafhlöður geta losað orku sína hraðar en prismalaga rafhlöður. Ástæðan er sú að þær hafa fleiri tengingar á amperstund (Ah). Þess vegna eru sívalningslaga rafhlöður tilvaldar fyrir afkastamikil forrit en prismalaga rafhlöður eru tilvaldar til að hámarka orkunýtingu.

Dæmi um afkastamiklar rafhlöður eru meðal annars Formúlu E kappakstursbílar og Ingenuity þyrlan á Mars. Báðar krefjast mikillar afköstar í öfgafullu umhverfi.

Af hverju prismatískar frumur gætu verið að taka yfir

Rafbílaiðnaðurinn þróast hratt og það er óvíst hvort prisma- eða sívalningslaga rafhlöður muni ráða ríkjum. Eins og er eru sívalningslaga rafhlöður algengari í rafbílaiðnaðinum, en það eru ástæður til að ætla að prisma-laga rafhlöður muni aukast í vinsældum.

Í fyrsta lagi bjóða prismafrumur upp á tækifæri til að lækka kostnað með því að fækka framleiðsluskrefum. Snið þeirra gerir það mögulegt að framleiða stærri frumur, sem dregur úr fjölda rafmagnstenginga sem þarf að þrífa og suða.

Prisma-rafhlöður eru einnig kjörin lausn fyrir litíum-járnfosfat (LFP) efnafræði, sem er blanda af efnum sem eru ódýrari og aðgengilegri. Ólíkt öðrum efnafræðitegundum nota LFP-rafhlöður auðlindir sem eru alls staðar á jörðinni. Þær þurfa ekki sjaldgæf og dýr efni eins og nikkel og kóbalt sem hækka kostnað við aðrar rafhlöðutegundir.

Sterk merki eru um að LFP prisma-rafhlöður séu að koma fram. Í Asíu nota framleiðendur rafknúinna rafgeyma nú þegar LiFePO4 rafhlöður, sem eru tegund af LFP rafhlöðu í prisma-sniði. Tesla hefur einnig sagt að fyrirtækið hafi byrjað að nota prisma-rafhlöður framleiddar í Kína fyrir staðlaðar útgáfur af bílum sínum.

LFP-efnafræðin hefur þó mikilvæga galla. Í fyrsta lagi inniheldur hún minni orku en aðrar efnafræðilegar aðferðir sem eru nú í notkun og því er ekki hægt að nota hana fyrir afkastamikla ökutæki eins og Formúlu 1 rafmagnsbíla. Að auki eiga rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) erfitt með að spá fyrir um hleðslustig rafhlöðunnar.

Þú getur horft á þetta myndband til að læra meira umLFPefnafræði og hvers vegna hún er að verða sífellt vinsælli.