هناك ثلاثة أنواع رئيسية منبطاريات الليثيوم أيون(أيون الليثيوم): الخلايا الأسطوانية، والخلايا المنشورية، والخلايا الحقيبةية.في صناعة السيارات الكهربائية، تدور التطورات الواعدة حول الخلايا الأسطوانية والمنشورية.في حين أن شكل البطارية الأسطوانية كان الأكثر شيوعًا في السنوات الأخيرة، إلا أن هناك عدة عوامل تشير إلى أن الخلايا المنشورية قد تتولى المسؤولية.

ماذا يكونالخلايا المنشورية

أخلية منشوريةهي خلية كيميائيتها محاطة بغلاف صلب.يسمح شكله المستطيل بتكديس وحدات متعددة بكفاءة في وحدة البطارية.هناك نوعان من الخلايا المنشورية: صفائح الأقطاب الكهربائية داخل الغلاف (الأنود، الفاصل، الكاثود) إما مكدسة أو ملفوفة ومسطحة.

بالنسبة لنفس الحجم، يمكن للخلايا المنشورية المكدسة إطلاق المزيد من الطاقة في وقت واحد، مما يوفر أداء أفضل، في حين تحتوي الخلايا المنشورية المسطحة على طاقة أكبر، مما يوفر مزيدًا من المتانة.

تستخدم الخلايا المنشورية بشكل رئيسي في أنظمة تخزين الطاقة والسيارات الكهربائية.حجمها الأكبر يجعلها مرشحة سيئة للأجهزة الأصغر مثل الدراجات الإلكترونية والهواتف المحمولة.ولذلك، فهي أكثر ملاءمة للتطبيقات كثيفة الاستهلاك للطاقة.

ما هي الخلايا الأسطوانية

أخلية اسطوانيةهي خلية محاطة بعلبة اسطوانة صلبة.الخلايا الأسطوانية صغيرة ومستديرة، مما يجعل من الممكن تكديسها في أجهزة من جميع الأحجام.على عكس أشكال البطاريات الأخرى، فإن شكلها يمنع التورم، وهي ظاهرة غير مرغوب فيها في البطاريات حيث تتراكم الغازات في الغلاف.

تم استخدام الخلايا الأسطوانية لأول مرة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، والتي كانت تحتوي على ما بين ثلاث إلى تسع خلايا.ثم اكتسبت شعبية كبيرة عندما استخدمتها تسلا في أول سياراتها الكهربائية (رودستر وموديل إس)، والتي كانت تحتوي على ما بين 6000 إلى 9000 خلية.

تُستخدم الخلايا الأسطوانية أيضًا في الدراجات الإلكترونية والأجهزة الطبية والأقمار الصناعية.كما أنها ضرورية في استكشاف الفضاء بسبب شكلها؛سوف تتشوه تنسيقات الخلايا الأخرى بسبب الضغط الجوي.على سبيل المثال، تعمل آخر مركبة متجولة أُرسلت إلى المريخ باستخدام خلايا أسطوانية.تستخدم سيارات السباق الكهربائية عالية الأداء فورمولا إي نفس الخلايا التي تستخدمها العربة الجوالة في بطاريتها.

الاختلافات الرئيسية بين الخلايا المنشورية والاسطوانية

الشكل ليس هو الشيء الوحيد الذي يميز الخلايا المنشورية والاسطوانية.تشمل الاختلافات المهمة الأخرى حجمها وعدد التوصيلات الكهربائية وإخراج الطاقة.

مقاس

الخلايا المنشورية أكبر بكثير من الخلايا الأسطوانية، وبالتالي تحتوي على طاقة أكبر لكل خلية.ولإعطاء فكرة تقريبية عن الفرق، يمكن أن تحتوي خلية موشورية واحدة على نفس كمية الطاقة التي تحتويها 20 إلى 100 خلية أسطوانية.الحجم الأصغر للخلايا الأسطوانية يعني أنه يمكن استخدامها في التطبيقات التي تتطلب طاقة أقل.ونتيجة لذلك، يتم استخدامها لمجموعة واسعة من التطبيقات.

روابط

ونظرًا لأن الخلايا المنشورية أكبر من الخلايا الأسطوانية، فإن هناك حاجة إلى عدد أقل من الخلايا للحصول على نفس الكمية من الطاقة.وهذا يعني أنه بالنسبة لنفس الحجم، فإن البطاريات التي تستخدم الخلايا المنشورية تحتوي على عدد أقل من التوصيلات الكهربائية التي تحتاج إلى اللحام.وهذه ميزة كبيرة للخلايا المنشورية نظرًا لوجود فرص أقل لعيوب التصنيع.

قوة

قد تخزن الخلايا الأسطوانية طاقة أقل من الخلايا المنشورية، لكنها تمتلك طاقة أكبر.وهذا يعني أن الخلايا الأسطوانية يمكنها تفريغ طاقتها بشكل أسرع من الخلايا المنشورية.والسبب هو أن لديهم المزيد من الاتصالات لكل أمبير في الساعة (آه).ونتيجة لذلك، تعتبر الخلايا الأسطوانية مثالية للتطبيقات عالية الأداء، في حين تعتبر الخلايا المنشورية مثالية لتحسين كفاءة الطاقة.

من أمثلة تطبيقات البطاريات عالية الأداء سيارات السباق Formula E وطائرة الهليكوبتر Ingenuity على المريخ.كلاهما يتطلب أداءً فائقًا في البيئات القاسية.

لماذا قد تتولى الخلايا المنشورية المسؤولية؟

تتطور صناعة المركبات الكهربائية بسرعة، ومن غير المؤكد ما إذا كانت الخلايا المنشورية أو الخلايا الأسطوانية هي التي ستنتصر.في الوقت الحالي، تنتشر الخلايا الأسطوانية بشكل أكبر في صناعة المركبات الكهربائية، ولكن هناك أسباب للاعتقاد بأن الخلايا المنشورية ستكتسب شعبية.

أولاً، توفر الخلايا المنشورية فرصة لخفض التكاليف عن طريق تقليل عدد خطوات التصنيع.شكلها يجعل من الممكن تصنيع خلايا أكبر، مما يقلل من عدد التوصيلات الكهربائية التي تحتاج إلى التنظيف واللحام.

تُعد البطاريات المنشورية أيضًا الشكل المثالي لكيمياء فوسفات الليثيوم والحديد (LFP)، وهي مزيج من المواد الأرخص ثمنًا والتي يسهل الوصول إليها.على عكس الكيمياء الأخرى، تستخدم بطاريات LFP الموارد الموجودة في كل مكان على هذا الكوكب.فهي لا تتطلب مواد نادرة وباهظة الثمن مثل النيكل والكوبالت التي ترفع تكلفة أنواع الخلايا الأخرى.

هناك إشارات قوية على أن الخلايا المنشورية LFP آخذة في الظهور.في آسيا، يستخدم مصنعو السيارات الكهربائية بالفعل بطاريات LiFePO4، وهو نوع من بطاريات LFP ذات الشكل المنشوري.وذكرت تسلا أيضًا أنها بدأت في استخدام البطاريات المنشورية المصنعة في الصين لإصدارات النطاق القياسي من سياراتها.

ومع ذلك، فإن كيمياء LFP لها جوانب سلبية مهمة.أولاً، يحتوي على طاقة أقل من المواد الكيميائية الأخرى المستخدمة حاليًا، وعلى هذا النحو، لا يمكن استخدامه في المركبات عالية الأداء مثل سيارات الفورمولا 1 الكهربائية.بالإضافة إلى ذلك، تواجه أنظمة إدارة البطارية (BMS) صعوبة في التنبؤ بمستوى شحن البطارية.

يمكنك مشاهدة هذا الفيديو لمعرفة المزيد عنLFPالكيمياء ولماذا تكتسب شعبية.