Esistono tre tipi principali dibatterie agli ioni di litio(ioni di litio): cellule cilindriche, cellule prismatiche e cellule a sacca.Nel settore dei veicoli elettrici, gli sviluppi più promettenti ruotano attorno alle celle cilindriche e prismatiche.Sebbene il formato della batteria cilindrica sia stato il più popolare negli ultimi anni, diversi fattori suggeriscono che le celle prismatiche potrebbero prendere il sopravvento.

Cosa sonoCellule prismatiche

UNcella prismaticaè una cellula la cui chimica è racchiusa in un involucro rigido.La sua forma rettangolare consente di impilare in modo efficiente più unità in un modulo batteria.Esistono due tipi di celle prismatiche: i fogli di elettrodi all'interno dell'involucro (anodo, separatore, catodo) sono impilati o arrotolati e appiattiti.

A parità di volume, le celle prismatiche impilate possono rilasciare più energia contemporaneamente, offrendo prestazioni migliori, mentre le celle prismatiche appiattite contengono più energia, offrendo una maggiore durata.

Le celle prismatiche vengono utilizzate principalmente nei sistemi di accumulo dell'energia e nei veicoli elettrici.Le loro dimensioni maggiori li rendono cattivi candidati per dispositivi più piccoli come biciclette elettriche e cellulari.Pertanto, sono più adatti per applicazioni ad alta intensità energetica.

Cosa sono le cellule cilindriche

UNcella cilindricaè una cella racchiusa in un cilindro rigido.Le celle cilindriche sono piccole e rotonde, il che rende possibile impilarle in dispositivi di tutte le dimensioni.A differenza di altri formati di batterie, la loro forma evita il rigonfiamento, un fenomeno indesiderato nelle batterie in cui si accumulano gas nell'involucro.

Le celle cilindriche furono utilizzate per la prima volta nei laptop, che contenevano da tre a nove celle.Hanno poi guadagnato popolarità quando Tesla li ha utilizzati nei suoi primi veicoli elettrici (Roadster e Model S), che contenevano tra le 6.000 e le 9.000 celle.

Le celle cilindriche vengono utilizzate anche nelle biciclette elettriche, nei dispositivi medici e nei satelliti.Sono essenziali anche nell'esplorazione spaziale per via della loro forma;altri formati cellulari verrebbero deformati dalla pressione atmosferica.L'ultimo Rover inviato su Marte, ad esempio, funziona utilizzando celle cilindriche.Le auto da corsa elettriche ad alte prestazioni di Formula E utilizzano esattamente le stesse celle del rover nella loro batteria.

Le principali differenze tra celle prismatiche e cilindriche

La forma non è l'unica cosa che differenzia le cellule prismatiche e cilindriche.Altre differenze importanti includono le dimensioni, il numero di collegamenti elettrici e la potenza erogata.

Misurare

Le celle prismatiche sono molto più grandi delle celle cilindriche e quindi contengono più energia per cella.Per dare un'idea approssimativa della differenza, una singola cella prismatica può contenere la stessa quantità di energia di 20-100 celle cilindriche.Le dimensioni più ridotte delle celle cilindriche consentono di utilizzarle per applicazioni che richiedono meno potenza.Di conseguenza, vengono utilizzati per una gamma più ampia di applicazioni.

Connessioni

Poiché le celle prismatiche sono più grandi delle celle cilindriche, sono necessarie meno celle per ottenere la stessa quantità di energia.Ciò significa che, a parità di volume, le batterie che utilizzano celle prismatiche hanno meno collegamenti elettrici da saldare.Questo è un grande vantaggio per le celle prismatiche perché ci sono meno possibilità di difetti di fabbricazione.

Energia

Le celle cilindriche possono immagazzinare meno energia delle celle prismatiche, ma hanno più potenza.Ciò significa che le celle cilindriche possono scaricare la loro energia più velocemente delle celle prismatiche.Il motivo è che hanno più connessioni per ampere-ora (Ah).Di conseguenza, le celle cilindriche sono ideali per applicazioni ad alte prestazioni, mentre le celle prismatiche sono ideali per ottimizzare l'efficienza energetica.

Esempi di applicazioni di batterie ad alte prestazioni includono le auto da corsa di Formula E e l'elicottero Ingenuity su Marte.Entrambi richiedono prestazioni estreme in ambienti estremi.

Perché le cellule prismatiche potrebbero prendere il sopravvento

L’industria dei veicoli elettrici si evolve rapidamente e non è chiaro se prevarranno le celle prismatiche o quelle cilindriche.Al momento, le celle cilindriche sono più diffuse nel settore dei veicoli elettrici, ma ci sono ragioni per pensare che le celle prismatiche guadagneranno in popolarità.

Innanzitutto, le celle prismatiche offrono l’opportunità di ridurre i costi diminuendo il numero di fasi di produzione.Il loro formato consente di produrre celle più grandi, riducendo così il numero di collegamenti elettrici da pulire e saldare.

Le batterie prismatiche sono anche il formato ideale per la chimica del litio-ferro fosfato (LFP), un mix di materiali più economici e accessibili.A differenza di altri prodotti chimici, le batterie LFP utilizzano risorse che si trovano ovunque sul pianeta.Non richiedono materiali rari e costosi come il nichel e il cobalto che fanno aumentare il costo di altri tipi di cellule.

Ci sono forti segnali che le cellule prismatiche LFP stanno emergendo.In Asia, i produttori di veicoli elettrici utilizzano già batterie LiFePO4, un tipo di batteria LFP in formato prismatico.Tesla ha inoltre dichiarato di aver iniziato a utilizzare batterie prismatiche prodotte in Cina per le versioni di gamma standard delle sue auto.

La chimica dell’LFP presenta tuttavia importanti svantaggi.Innanzitutto, contiene meno energia rispetto ad altri prodotti chimici attualmente in uso e, come tale, non può essere utilizzato per veicoli ad alte prestazioni come le auto elettriche di Formula 1.Inoltre, i sistemi di gestione della batteria (BMS) hanno difficoltà a prevedere il livello di carica della batteria.

Puoi guardare questo video per saperne di più suLFPchimica e perché sta guadagnando popolarità.