Temel Çıkarımlar:
- Prizmatik ve Silindirik Hücreler: Prizmatik hücreler daha yüksek hacimsel enerji yoğunluğu sunar ve büyük pil paketleri için uygundur; silindirik hücreler ise daha yüksek gravimetrik enerji yoğunluğu ve daha düşük üretim maliyetleri sağlar.
- İdeal Kullanım Durumları: Prizmatik hücreler elektrikli araç akü paketlerinde ve büyük enerji depolama sistemlerinde öne çıkarken, silindirik hücreler tüketici elektroniği ve elektrikli el aletlerinde tercih ediliyor.
- Trendler ve Görünüm: EV'ler ve enerji depolama sistemleri için prizmatik hücrelere geçiş belirgindir ancak silindirik hücreler, maliyete duyarlı uygulamalarda baskın olmaya devam etmektedir.
Prizmatik ve silindirik en yaygın olanlardır lityum iyon pil Günümüzde kullanılan hücre şekilleri. Her ikisinin de farklı uygulamalar için farklı avantajları ve dezavantajları olmasına rağmen prizmatik hücreler, verimli paketleme yetenekleri ve büyük uygulamalara uygunlukları nedeniyle popülerlik kazanmaktadır. pil paketleri. Bu makale prizmatik ve silindirik hücreleri derinlemesine karşılaştırarak boyut, performans, maliyet ve ideal kullanım durumlarındaki temel farklılıkları analiz eder.
Prizmatik Pil Hücreleri Nedir?
Prizmatik hücrelerin tanımı ve açıklaması
Prizmatik pil hücreleri, adından da anlaşılacağı gibi prizmatik bir şekle sahiptir. – dikdörtgen, kutu benzeri bir form faktörüne sahiptirler. Dönem “prizmatik” geometrik prizma şeklini ifade eder.
Prizmatik hücreler anot, katot ve ayırıcı katmanların düz yüzey alanlarını maksimuma çıkararak bunların verimli bir şekilde istiflenmesine olanak tanır.
Prizmatik hücreler nasıl oluşturulur?
Prizmatik hücreler, alternatif katot, anot ve ayırıcı malzeme katmanlarının istiflenmesi ve ardından bunların dikdörtgen bir alüminyum veya çelik kutu içine kapatılmasıyla oluşturulur. Elektrot katmanları, akımın akmasına izin verecek şekilde tırnaklar aracılığıyla bağlanır.
Ayrıca iyon taşınması için elektrolit içerir. Sert muhafaza, hücrenin şeklinin korunmasına yardımcı olur ve yapısal bütünlük sağlar.
Ortak prizmatik hücre boyutları ve kimyaları
Yaygın prizmatik lityum iyon pil boyutları arasında 103450 (103 mm x 45 mm), 14650 (146 mm x 50 mm) ve 22700 ve 32113 gibi daha büyük formatlar bulunur. Silindirik 18650 hücrenin aksine, bu boyutlar özellikle prizmatik geometriler içindir.
Prizmatik hücreler genellikle modüller halinde bir araya getirilir ve elektrikli araçlar, enerji depolama sistemleri ve yüksek kapasite gerektiren diğer uygulamalar için büyük pil paketleri oluşturmak üzere verimli bir şekilde paketlenir.
Lityum demir fosfat (LiFePO4) ve nikel manganez kobalt oksit (NMC), prizmatik hücrelerde kullanılan iki popüler katot kimyasıdır. Prizmatik format, performansı optimize etmek için katot formülasyonunda ve hücre boyutlarında esneklik sağlar.
Silindirik Pil Hücreleri Nedir?
Silindirik hücrelerin tanımı ve açıklaması
Silindirik pil hücreleri, adından da anlaşılacağı gibi, bir tüpe veya kutuya benzeyen uzun bir silindir şekline sahiptir. Pozitif ve negatif elektrot tabakaları yuvarlanır veya sarılır. “jöleli rulo” ve tipik olarak çelik veya alüminyumdan yapılmış silindirik bir metal kutunun içine yerleştirilir. Bu, hücre içinde alternatif bir sarmal katot, anot ve ayırıcı malzeme yığını oluşturur.
Silindirik tasarım, elektrot tabakalarının kapalı alana sığabilecek alanını maksimuma çıkarır. Radyal simetri ayrıca stresin ve iç kuvvetlerin eşit şekilde dağıtılmasına yardımcı olur. Silindirik hücreler, farklı kapasitelere uyum sağlamak için çeşitli çaplarda ve yüksekliklerde gelir.
Silindirik hücreler nasıl oluşturulur?
Silindirik hücre üretme katot ve anot tabakalarının, genellikle anot için bakır ve katot için alüminyum olmak üzere ince metal folyolar üzerine kaplanmasıyla başlar. Bu kaplanmış tabakalar daha sonra jöle rulo elektrot düzeneğini oluşturmak için bir ayırıcı membranla sıkıca sarılır. Bazen elektrot tabakaları sarılmak yerine istiflenir ve katlanır.
Jöle rulosu, dış kasa görevi gören silindirik çelik veya alüminyum kutuya yerleştirilir. Bir kapak ve conta kutuyu kapatır. Son olarak anot ve katot arasında iyon akışını sağlamak için hücreye elektrolit enjekte edilir. Silindirik kutu yapıyı sağlar ve elektrotları korur.
Otomatik sarma makineleri, yüksek hacimli üretim sırasında jöle rulolarının tutarlı sıkılığını ve hizalanmasını sağlar. Elektrik direncini en aza indirmek ve performansı en üst düzeye çıkarmak için hassas sarma kritik öneme sahiptir.
Ortak silindirik hücre boyutları ve kimyaları
En yaygın olarak kullanılan silindirik lityum iyon pil boyutlarından bazıları şunlardır: 18650, 26650, 21700 ve 20700 hücreleri. 18650 boyutu genellikle dizüstü bilgisayar pillerinde, elektrikli el aletlerinde ve diğer tüketici cihazlarında kullanılır. 21700 ve 26650 gibi daha büyük formatların e-bisikletler, scooterlar ve EV'ler için popülaritesi artıyor.
Silindirik hücrelerde katot malzemeleri olarak geleneksel olarak lityum kobalt oksit (LiCoO2) ve lityum manganez oksit (LiMn2O4) kullanılmıştır. Artık nikel kobalt alüminyum oksit (NCA) ve nikel manganez kobalt oksit (NMC) gibi nikel açısından zengin kimyalar da yüksek performanslı silindirik hücrelerde yaygındır.
Prizmatik ve Silindirik Hücreler Arasındaki Temel Farklılıklar
Boyut ve Şekil
- Prizmatik hücreler genellikle daha büyüktür. Yaygın prizmatik boyutlar 103450 (103 x 45 mm) ila 530450 (530 x 450 mm) veya daha büyük arasında değişir.
- Yaygın silindirik hücre boyutları arasında 18650 (18 x 65 mm), 26650 (26 x 65 mm) ve 21700 (21 x 70 mm) bulunur. Silindirik hücreler maksimum 46 x 150 mm boyuta ulaşır.
- Prizmatik hücreler, silindirik hücreler için 500-600 Wh/L ile karşılaştırıldığında 600-700 Wh/L civarında hacimsel enerji yoğunluğuna sahiptir.
Güç ve Enerji Yoğunluğu
- Silindirik hücreler, prizmatik hücreler için yaklaşık 200 Wh/kg'a kıyasla 260 Wh/kg'lık daha yüksek gravimetrik enerji yoğunluğuna ulaşır.
- Kaliteli silindirik hücreler için güç yoğunluğu 1500 W/kg'a ulaşırken prizmatik hücreler için 1000-1200 W/kg'a ulaşır.
Üretim ve Maliyetler
- Silindirik hücre sarma makineleri, daha düşük işçilik maliyetleriyle günde 300.000'den fazla hücre üretebilir.
- Büyük ölçekli prizmatik hücre imalatı daha karmaşık istifleme, presleme ve kaynaklama adımlarına sahiptir. Çıkış günde yaklaşık 50.000 hücredir.
- Sonuç olarak, silindirik hücreler şu anda prizmatik hücrelerle karşılaştırıldığında kWh başına -20 daha düşük bir maliyete sahiptir.
Performans ve Kullanım Ömrü
- Prizmatik hücreler genellikle 'lik bir bozulmaya uğramadan önce 5.000'den fazla şarj/deşarj döngüsüne dayanır.
- Silindirik hücreler tipik olarak daha yüksek şişme nedeniyle bozulmadan önce 2.000-3.000 döngüye ulaşır.
- Prizmatik hücreler %5-10 daha yüksek dirence sahiptir ve bu da güç kapasitesini biraz düşürür.
Prizmatik ve silindirik hücrelerin ne zaman kullanılacağına ilişkin bölüm:
Prizmatik ve Silindirik Hücreler Ne Zaman Kullanılmalı?
Prizmatik Hücreler İçin Daha Uygun Uygulamalar
- Elektrikli araç akü paketleri
- Büyük enerji depolama sistemleri
- Yüksek enerji yoğunluğu gerektiren uygulamalar
Prizmatik hücreler bu uygulamalar için çok uygundur çünkü şekilleri ve yapıları verimli, yüksek kapasiteli pil paketlerine olanak tanır. Dikdörtgen prizma şekli silindirik hücrelere göre daha iyi istiflenir ve paketlenir.
Prizmatik hücrelerin ayrıca daha iyi termal yönetim kapasitesi ve şişmeyi önleyecek yapısal sağlamlık gibi avantajları da vardır.
Silindirik Hücreler İçin Daha Uygun Uygulamalar
- Tüketici elektroniği
- Elektrikli aletler
- Daha düşük maliyetli hücreler gerektiren uygulamalar
Silindirik hücreler bu uygulamalar için iyi çalışır çünkü yüksek hacimlerde üretimleri ucuzdur. Silindirik şekil ayrıca elektrikli aletler gibi cihazlar için önemli olan iyi bir güç yoğunluğu ve hızlı şarj yeteneği sağlar. Daha küçük form faktörleri, el tipi elektronik cihazlara iyi uyum sağlar.
Son Trendler ve Geleceğe Bakış
- Elektrikli araç akü paketleri ve büyük enerji depolama sistemleri için prizmatik hücrelere geçiş. Üreticiler ambalajlama ve performans avantajları için prizmatik hücreleri giderek daha fazla benimsiyor.
- Silindirik hücreler, düşük maliyetleri nedeniyle hâlâ birçok tüketici elektroniği ve aletinde tercih ediliyor. Ancak bazı premium cihazlar da prizmatik hücrelere geçiyor.
- Prizmatik hücrelerin üretim maliyetleri düşmeye devam ederse gelecekte tüm uygulamalarda daha fazla pazar payı elde edebilirler. Ancak silindirik hücreler muhtemelen maliyete duyarlı uygulamalarda hakimiyeti koruyacaktır.
Prizmatik ve Silindirik Pil Hücrelerinin Artıları ve Eksileri
| Prizmatik | Silindirik | |
| Artıları | Yüksek hacimsel enerji yoğunluğu Uzun çevrim ömrü | Yüksek gravimetrik enerji yoğunluğu Yüksek güç yoğunluğu Düşük üretim maliyetleri |
| Eksileri | Biraz daha düşük güç yoğunluğu Daha yüksek $/kWh maliyeti | Daha düşük hacimsel enerji yoğunluğu Daha kısa çevrim ömrü |
Prizmatik ve silindirik lityum iyon piller arasında seçim yaparken, uygulama gerekliliklerine göre dikkate alınması gereken ödünler vardır. Prizmatik hücreler, şekilleri ve sert muhafazaları sayesinde mükemmel enerji yoğunluğu sağlar ve bu da onları kapasiteyi en üst düzeye çıkarmak isteyen pil paketleri için ideal kılar. Ancak silindirik hücreler, paket düzeyinde yoğunluk ve şişme sorunları pahasına daha yüksek tepe gücü ve daha düşük maliyet sağlar.
Maliyetin kritik olduğu düşük güçlü tüketici cihazları için silindirik hücreler baskın tercih olmaya devam ediyor. Ancak elektrikli araçlar gibi en yüksek enerji yoğunluğunu gerektiren uygulamalar, yüksek maliyetlerine rağmen prizmatik formatlara yöneliyor. Üretim ve yoğunluklardaki sürekli iyileştirmelerle birlikte prizmatik hücrelerin gelecekte daha fazla uygulamada daha geniş bir çekiciliğe sahip olması muhtemeldir. Ancak üretim kolaylığı, özellikle maliyete duyarlı kullanımlar için silindirik hücrelerin de kalıcı olacağı anlamına gelir.
Akü mühendisleri bu artıları ve eksileri dikkatlice tartarak performans, kullanım ömrü ve maliyet gereksinimlerini karşılayacak en uygun hücre tipini seçebilirler.
İlgili Makaleler:
