On kolm peamist tüüpiliitiumioonakud(liitiumioon): silindrilised elemendid, prismakujulised elemendid ja kotikujulised elemendid. Elektrisõidukite tööstuses on kõige lootustandvamad arengud seotud silindriliste ja prismakujuliste elementidega. Kuigi silindriline aku formaat on viimastel aastatel olnud kõige populaarsem, viitavad mitmed tegurid sellele, et prismakujulised elemendid võivad üle võtta.

Mis onPrismaatilised rakud

Aprismarakkon aku, mille keemiline koostis on suletud jäiga korpusesse. Selle ristkülikukujuline kuju võimaldab akumoodulisse tõhusalt mitu üksust paigutada. Prismaelemente on kahte tüüpi: korpuse sees olevad elektroodilehed (anood, separaator, katood) on kas virnastatud või rullitud ja lapik.

Sama mahu korral suudavad virnastatud prismarakud korraga vabastada rohkem energiat, pakkudes paremat jõudlust, samas kui lamestatud prismarakud sisaldavad rohkem energiat, pakkudes suuremat vastupidavust.

Prismaatilisi elemente kasutatakse peamiselt energiasalvestussüsteemides ja elektriautodes. Nende suurem suurus muudab need halvaks kandidaadiks väiksematele seadmetele, nagu elektrirattad ja mobiiltelefonid. Seetõttu sobivad need paremini energiamahukate rakenduste jaoks.

Mis on silindrilised rakud

Asilindriline rakkon jäiga silindrikujulise korpuse sees olev element. Silindrilised elemendid on väikesed ja ümmargused, mis võimaldab neid igas suuruses seadmetesse virnastada. Erinevalt teistest akuvormingutest hoiab ära nende kuju paisumise, mis on akude puhul soovimatu nähtus, kus gaasid kogunevad korpusesse.

Silindrilisi akusid kasutati esmakordselt sülearvutites, mis sisaldasid kolme kuni üheksa elementi. Seejärel saavutasid need populaarsuse, kui Tesla kasutas neid oma esimestes elektriautodes (Roadster ja Model S), mis sisaldasid 6000–9000 elementi.

Silindrilisi elemente kasutatakse ka elektriratastes, meditsiiniseadmetes ja satelliitides. Need on oma kuju tõttu olulised ka kosmoseuuringutes; atmosfäärirõhk deformeeriks teisi rakuvorminguid. Näiteks viimane Marsile saadetud kulgur töötab silindriliste elementide abil. Vormel E suure jõudlusega elektrilised võidusõiduautod kasutavad oma akus täpselt samu elemente kui kulgur.

Prismaatiliste ja silindriliste rakkude peamised erinevused

Prisma ja silindrilise kujuga elemente ei erista ainult kuju. Teiste oluliste erinevuste hulka kuuluvad nende suurus, elektriühenduste arv ja väljundvõimsus.

Suurus

Prismaatilised elemendid on silindrilistest elementidest palju suuremad ja seetõttu sisaldavad need elementi rohkem energiat. Ligikaudseks erinevuse ettekujutuseks võib öelda, et üks prismaatiline element võib sisaldada sama palju energiat kui 20–100 silindrilist elementi. Silindriliste elementide väiksem suurus tähendab, et neid saab kasutada rakendustes, mis vajavad vähem energiat. Seetõttu kasutatakse neid laiemas valikus rakendusi.

Ühendused

Kuna prismaatilised elemendid on silindrilistest elementidest suuremad, on sama energiahulga saavutamiseks vaja vähem elemente. See tähendab, et sama mahu korral on prismaatilistel akudel vähem keevitamist vajavaid elektriühendusi. See on prismaatiliste elementide suur eelis, kuna tootmisdefektide tekkimise võimalus on väiksem.

Võimsus

Silindrilised elemendid võivad salvestada vähem energiat kui prismaatilised elemendid, kuid neil on rohkem võimsust. See tähendab, et silindrilised elemendid saavad oma energiat kiiremini tühjendada kui prismaatilised elemendid. Põhjus on selles, et neil on rohkem ühendusi ampertunni (Ah) kohta. Seetõttu sobivad silindrilised elemendid ideaalselt suure jõudlusega rakenduste jaoks, samas kui prismaatilised elemendid on ideaalsed energiatõhususe optimeerimiseks.

Näited suure jõudlusega akude rakendustest hõlmavad Vormel E võidusõiduautosid ja Ingenuity helikopterit Marsil. Mõlemad nõuavad äärmuslikke jõudlusi äärmuslikes keskkondades.

Miks prismaatilised rakud võivad võimust võtta

Elektriautode tööstus areneb kiiresti ja pole kindel, kas domineerivad prisma- või silindrilised elemendid. Praegu on silindrilised elemendid elektriautode tööstuses levinumad, kuid on põhjust arvata, et prisma-elemendid koguvad populaarsust.

Esiteks pakuvad prismaelemendid võimalust kulusid vähendada, vähendades tootmisetappide arvu. Nende formaat võimaldab toota suuremaid elemente, mis vähendab puhastatavate ja keevitatavate elektriühenduste arvu.

Prismaatilised akud on ideaalne vorm ka liitium-raudfosfaadi (LFP) keemia jaoks, mis on odavamate ja kättesaadavamate materjalide segu. Erinevalt teistest keemiatest kasutavad LFP akud ressursse, mida leidub kõikjal planeedil. Need ei vaja haruldasi ja kalleid materjale nagu nikkel ja koobalt, mis tõstavad teiste patareitüüpide hinda.

On tugevaid märke, et LFP prismapatareid on esile kerkimas. Aasias kasutavad elektriautode tootjad juba LiFePO4 akusid, mis on prismakujulised LFP akud. Tesla teatas ka, et on hakanud oma autode standardvarustuses kasutama Hiinas toodetud prismapatareisid.

LFP keemial on aga olulisi puudusi. Esiteks sisaldab see vähem energiat kui teised praegu kasutusel olevad keemiatooted ja seetõttu ei saa seda kasutada suure jõudlusega sõidukite, näiteks Vormel 1 elektriautode puhul. Lisaks on akuhaldussüsteemidel (BMS) raske aku laetuse taset ennustada.

Selle video kohta lisateabe saamiseks võite vaadataLFPKeemia ja miks see populaarsust kogub.