Fórum

Vzostup Lítium-iónových batérií a tri hlavné tvarové faktory tejto batérie.

Vzostup Lítium-iónových batérií a tri hlavné tvarové faktory tejto batérie.

Jeden z najnovších trendov v tejto oblasti priniesol Deň batérií Tesla s tabuľkovým batériovým článkom, ktorý Elon Musk označil za "prielom" na rozdiel od troch tradičných tvarových faktorov lítium-iónových batérií:

  • Cylindrické články
  • Prizmatické články
  • Vankúšové články

Každý z týchto typov batérií ponúka množstvo výhod a nevýhod. Nie je jasný víťaz, ale zvolená batéria môže ovplyvniť dizajn produktu niekoľkými rôznymi spôsobmi. Napríklad každý z týchto tvarových faktorov batérie môže mať odlišný model rozloženia teploty a prenosu tepla.

Na vytvorenie efektívneho systému riadenia teploty batérie (BTM) je potrebné dobré pochopenie tvorby a prenosu tepla z batérie; BTM pozostáva z vykurovacích a chladiacich systémov, ktoré udržujú teplotu batérie v požadovanom rozsahu. V tomto článku sa pozrieme na dôležité funkcie každého z týchto formátov batérií.

Cylindrické články

Valcovitá komora sa skladá z listových anód, oddeľovačov a katód, ktoré sú vložené do sendviča, zvinuté a zabalené do nádoby v tvare valca. Tento typ je jedným z prvých sériovo vyrábaných typov batérií a stále je veľmi populárny.

Tieto články sú vhodné na automatizovanú výrobu. Ďalšou výhodou je mechanická stabilita. Okrúhly tvar batérie rozdeľuje vnútorný tlak z bočných reakcií po obvode bunky takmer rovnomerne. To umožňuje článku tolerovať vyššiu úroveň vnútorného tlaku bez deformácie.

Keď kombinujeme cylindrické články do balíkov a modulov, kruhový prierez bunky nám neumožňuje plne využiť dostupný priestor. Vo výsledku je hustota balenia cylindrických článkov nízka. Tepelné riadenie balíka cylindrických článkov však môže byť jednoduchšie, pretože priestorové dutiny umožňujú chladiacej látke ľahko cirkulovať okolo článkov v súprave batérií.

Princíp balenia pre cylindrické články (vľavo) vs. princíp balenia prizmatických a vankúšových článkov (vpravo).

Distribúcia teploty lítium-iónového článku pri rýchlosti vybíjania 1 C a SOC = 0,1 je uvedená nižšie:

Ako vidíte, vnútorné časti bunky majú vyššiu teplotu v porovnaní s povrchom bunky. V tomto konkrétnom príklade nie je teplotný rozdiel významný. Avšak u vysokokapacitného článku môže nízky prenos tepla z centra bunky smerom von predstavovať vážne problémy.

Pokiaľ ide o veľkosť, yylindrické články sa zvyčajne vyrábajú v štandardných modeloch. Jedna bežná veľkosť je typ 18650 (priemer 18 mm, výška 65 mm). Tento typ má celkovú hmotnosť asi 45 gramov a môže podporovať kapacitu asi 1,2 3 Ah v závislosti od použitej technológie.

Cylindrické články sa bežne vyskytujú v lekárskych prístrojoch, notebookoch, elektronických bicykloch a v elektrickom náradí. Tieto batérie sa používajú aj vo vozidlách Tesla. Iní výrobcovia EV používajú prizmatické články.

Prizmatické články

Li-ion prizmatické články pozostávajú z veľkých listov anód, katód a separátorov vložených, zvinutých a stlačených tak, aby zapadli do kovového alebo tvrdého plastového krytu v kubickej forme. Elektródy môžu byť tiež zostavené skôr stohovaním vrstiev ako valcovaním.

Štruktúra prizmatického článku.

Časti elektródy a oddeľovacie pláty prizmatického článku, ktoré sú blízko rohov nádoby, môžu byť vystavené väčšiemu namáhaniu. Môže to poškodiť povrch elektródy a viesť k nerovnomernej distribúcii elektrolytu.

Pri kombinovaní prizmatických článkov do "balíčkov" umožňuje tvar bunky zodpovedajúci optimálnemu využitiu dostupného priestoru. Tento optimálny priestor sa však dosahuje za cenu náročnejšieho riadenia teploty. Je to preto, že medzi bunkami nie sú žiadne priestorové dutiny, ako je to v balíku cylindrických článkov.

Prizmatické články sa vyrábajú s kapacitou od niekoľkých ampérhodín určených pre prenosné počítače a mobilné telefóny až po stovky ampérhodín určených pre aplikácie EV. Výroba prizmatických článkov môže byť nákladnejšia.

Aj keď menej trpia opuchmi ako bunky vačku, v tomto ohľade nepôsobia tak dobre ako valcové bunky.

Vankúšové články

Vankúšové články nemajú tuhý kryt a ako nádoba na bunky sa používajú utesnené pružné fólie. Jedná sa o trochu minimalistický prístup k baleniu; znižuje hmotnosť a vedie k pružným bunkám, ktoré sa ľahko zmestia do dostupného priestoru daného produktu.

Vankúšový tvar článku.

Elektródové a separačné vrstvy bunky vrecka sú skôr stohované, než želatínové. Pri bunkách s vakmi by mal dizajnér vyčleniť dostatok priestoru na opuch buniek. Po 500 cykloch môže dôjsť k opuchu až o 8% až 10%.

Kvôli mäkkej konštrukcii bunky je potrebná podporná štruktúra s bunkami vrecka a bunka by nemala byť umiestnená v blízkosti ostrých hrán.

Lítium-iónové batérie stúpajú v popularite - a v inováciách

Obľuba lítium-iónových batérií bude naďalej stúpať, najmä preto, že elektrické vozidlá sa stávajú všadeprítomnými. Agentúra Reuters nedávno informovala, že spoločnosti Toyota a Panasonic spolupracujú na hromadnej výrobe lítium-iónových batérií pre hybridné automobily, pričom ohlásili plány na nový závod v západnom Japonsku, ktorý sa začne stavať v roku 2022.

 

Preložené a redakčne upravené z anglického originálu "Li-ion Batteries Rise in Popularity—and Innovation" .

Zdroj : Allaboutcircuits.com

Become a Patron!



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár. Pridáte prvý? Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.
Webwiki Button Seo servis Diallix.net VN-Experimenty Hatiar.eu