ישנם שלושה סוגים עיקריים שלסוללות ליתיום-יון(ליתיום-יון): תאים גליליים, תאים פריזמטיים ותאי פאוץ'. בתעשיית הרכבים החשמליים, הפיתוחים המבטיחים ביותר סובבים סביב תאים גליליים ופריזמטיים. בעוד שפורמט הסוללה הגלילי היה הפופולרי ביותר בשנים האחרונות, מספר גורמים מצביעים על כך שתאים פריזמטיים עשויים להשתלט.

מה הםתאים פריזמטיים

אתא פריזמטיהוא תא שהכימיה שלו סגורה בתוך מעטפת קשיחה. צורתו המלבנית מאפשרת ערימה יעילה של יחידות מרובות במודול סוללה. ישנם שני סוגים של תאים פריזמטיים: יריעות האלקטרודה בתוך המעטפת (אנודה, מפריד, קתודה) מוערמות או מגולגלות ומשוטחות.

עבור אותו נפח, תאים פריזמטיים מוערמים יכולים לשחרר יותר אנרגיה בבת אחת, מה שמציע ביצועים טובים יותר, בעוד שתאים פריזמטיים שטוחים מכילים יותר אנרגיה, מה שמציע עמידות רבה יותר.

תאים פריזמטיים משמשים בעיקר במערכות אחסון אנרגיה וכלי רכב חשמליים. גודלם הגדול הופך אותם למועמדים גרועים עבור מכשירים קטנים יותר כמו אופניים חשמליים וטלפונים סלולריים. לכן הם מתאימים יותר ליישומים עתירי אנרגיה.

מהם תאים גליליים

אתא גליליהוא תא סגור בתוך קופסת גליל קשיחה. תאים גליליים קטנים ועגולים, מה שמאפשר לערום אותם במכשירים בכל הגדלים. שלא כמו פורמטים אחרים של סוללות, צורתם מונעת נפיחות, תופעה לא רצויה בסוללות שבהן מצטברים גזים במעטפת.

תאים גליליים שימשו לראשונה במחשבים ניידים, שהכילו בין שלושה לתשעה תאים. לאחר מכן הם צברו פופולריות כאשר טסלה השתמשה בהם ברכבים החשמליים הראשונים שלה (הרודסטר והמודל S), שהכילו בין 6,000 ל-9,000 תאים.

תאים גליליים משמשים גם באופניים חשמליים, מכשירים רפואיים ולוויינים. הם חיוניים גם בחקר החלל בגלל צורתם; תאים אחרים בפורמטים אחרים יתעוותו עקב לחץ אטמוספרי. למשל, הרובר האחרון שנשלח למאדים פועל באמצעות תאים גליליים. מכוניות המרוץ החשמליות בעלות הביצועים הגבוהים של פורמולה E משתמשות באותם תאים בדיוק כמו הרובר בסוללה שלהן.

ההבדלים העיקריים בין תאים פריזמטיים לתאים גליליים

צורה אינה הדבר היחיד שמבדיל בין תאים פריזמטיים לתאים גליליים. הבדלים חשובים נוספים כוללים את גודלם, מספר החיבורים החשמליים ותפוקת ההספק שלהם.

גוֹדֶל

תאים פריזמטיים גדולים בהרבה מתאים גליליים ולכן מכילים יותר אנרגיה לכל תא. כדי לתת מושג כללי על ההבדל, תא פריזמטי בודד יכול להכיל את אותה כמות אנרגיה כמו 20 עד 100 תאים גליליים. גודלם הקטן יותר של תאים גליליים מאפשר להם לשמש ליישומים הדורשים פחות אנרגיה. כתוצאה מכך, הם משמשים למגוון רחב יותר של יישומים.

חיבורים

מכיוון שתאים פריזמטיים גדולים יותר מתאים גליליים, נדרשים פחות תאים כדי להשיג את אותה כמות אנרגיה. משמעות הדבר היא שעבור אותו נפח, לסוללות המשתמשות בתאים פריזמטיים יש פחות חיבורים חשמליים שצריך לרתך. זהו יתרון משמעותי עבור תאים פריזמטיים מכיוון שיש פחות הזדמנויות לפגמים בייצור.

כּוֹחַ

תאים גליליים אולי אוגרים פחות אנרגיה מתאים פריזמטיים, אך יש להם יותר הספק. משמעות הדבר היא שתאים גליליים יכולים לפרוק את האנרגיה שלהם מהר יותר מתאים פריזמטיים. הסיבה לכך היא שיש להם יותר חיבורים לאמפר-שעה (Ah). כתוצאה מכך, תאים גליליים אידיאליים ליישומים בעלי ביצועים גבוהים, בעוד שתאים פריזמטיים אידיאליים לאופטימיזציה של יעילות האנרגיה.

דוגמאות ליישומי סוללות בעלות ביצועים גבוהים כוללות מכוניות מרוץ פורמולה E ומסוק אינויטי על מאדים. שניהם דורשים ביצועים קיצוניים בסביבות קיצוניות.

מדוע תאים פריזמטיים עשויים להשתלט

תעשיית הרכבים החשמליים מתפתחת במהירות, ולא ברור האם תאים פריזמטיים או תאים גליליים יגברו. נכון לעכשיו, תאים גליליים נפוצים יותר בתעשיית הרכבים החשמליים, אך ישנן סיבות לחשוב שתאים פריזמטיים יצברו פופולריות.

ראשית, תאים פריזמטיים מציעים הזדמנות להוזיל עלויות על ידי צמצום מספר שלבי הייצור. הפורמט שלהם מאפשר לייצר תאים גדולים יותר, מה שמפחית את מספר החיבורים החשמליים שיש לנקות ולרתך.

סוללות פריזמטיות הן גם הפורמט האידיאלי לכימיה של ליתיום-ברזל פוספט (LFP), תערובת של חומרים זולים ונגישים יותר. שלא כמו כימיקלים אחרים, סוללות LFP משתמשות במשאבים הנמצאים בכל מקום על פני כדור הארץ. הן אינן דורשות חומרים נדירים ויקרים כמו ניקל וקובלט שמגדילים את עלות סוגי תאים אחרים.

ישנם סימנים חזקים לכך שתאי LFP פריזמטיים מתפתחים. באסיה, יצרני רכבים חשמליים כבר משתמשים בסוללות LiFePO4, סוג של סוללת LFP בפורמט פריזמטי. טסלה גם הצהירה כי החלה להשתמש בסוללות פריזמטיות המיוצרות בסין עבור גרסאות הסטנדרטיות של מכוניותיה.

עם זאת, לכימיה של LFP יש חסרונות חשובים. ראשית, היא מכילה פחות אנרגיה מכימיות אחרות הנמצאות כיום בשימוש, ולכן לא ניתן להשתמש בה עבור כלי רכב בעלי ביצועים גבוהים כמו מכוניות חשמליות של פורמולה 1. בנוסף, מערכות ניהול סוללות (BMS) מתקשות לחזות את רמת הטעינה של הסוללה.

אתם מוזמנים לצפות בסרטון הזה כדי ללמוד עוד על הLFPכימיה ומדוע היא צוברת פופולריות.