Es gibt drei Haupttypen vonLithium-Ionen-Batterien(Li-Ion): zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Pouch-Zellen.In der Elektrofahrzeugbranche drehen sich die vielversprechendsten Entwicklungen um zylindrische und prismatische Zellen.Während das zylindrische Batterieformat in den letzten Jahren am beliebtesten war, deuten mehrere Faktoren darauf hin, dass prismatische Zellen die Oberhand gewinnen könnten.

Was sindPrismatische Zellen

Aprismatische Zelleist eine Zelle, deren Chemie in einem starren Gehäuse eingeschlossen ist.Seine rechteckige Form ermöglicht die effiziente Stapelung mehrerer Einheiten in einem Batteriemodul.Es gibt zwei Arten von prismatischen Zellen: Die Elektrodenblätter im Inneren des Gehäuses (Anode, Separator, Kathode) sind entweder gestapelt oder gerollt und flachgedrückt.

Bei gleichem Volumen können gestapelte prismatische Zellen mehr Energie auf einmal abgeben und bieten so eine bessere Leistung, wohingegen abgeflachte prismatische Zellen mehr Energie enthalten und somit eine längere Haltbarkeit bieten.

Prismatische Zellen werden hauptsächlich in Energiespeichersystemen und Elektrofahrzeugen eingesetzt.Ihre größere Größe macht sie zu schlechten Kandidaten für kleinere Geräte wie E-Bikes und Mobiltelefone.Daher eignen sie sich besser für energieintensive Anwendungen.

Was sind zylindrische Zellen?

Azylindrische Zelleist eine Zelle, die in einer starren Zylinderdose eingeschlossen ist.Zylindrische Zellen sind klein und rund, sodass sie in Geräten aller Größen gestapelt werden können.Im Gegensatz zu anderen Batterieformaten verhindert ihre Form ein Aufquellen, ein unerwünschtes Phänomen bei Batterien, bei denen sich Gase im Gehäuse ansammeln.

Zylindrische Zellen wurden erstmals in Laptops verwendet, die zwischen drei und neun Zellen enthielten.Sie gewannen dann an Popularität, als Tesla sie in seinen ersten Elektrofahrzeugen (dem Roadster und dem Model S) einsetzte, die zwischen 6.000 und 9.000 Zellen enthielten.

Zylindrische Zellen werden auch in E-Bikes, medizinischen Geräten und Satelliten verwendet.Aufgrund ihrer Form sind sie auch bei der Erforschung des Weltraums unverzichtbar.andere Zellformate würden durch den atmosphärischen Druck deformiert.Der letzte Rover, der zum Mars geschickt wurde, funktioniert beispielsweise mit zylindrischen Zellen.Die Hochleistungs-Elektrorennwagen der Formel E verwenden in ihrer Batterie genau die gleichen Zellen wie der Rover.

Die Hauptunterschiede zwischen prismatischen und zylindrischen Zellen

Die Form ist nicht das einzige, was prismatische und zylindrische Zellen unterscheidet.Weitere wichtige Unterschiede sind ihre Größe, die Anzahl der elektrischen Anschlüsse und ihre Leistungsabgabe.

Größe

Prismatische Zellen sind viel größer als zylindrische Zellen und enthalten daher mehr Energie pro Zelle.Um eine grobe Vorstellung vom Unterschied zu geben: Eine einzelne prismatische Zelle kann die gleiche Energiemenge enthalten wie 20 bis 100 zylindrische Zellen.Die geringere Größe zylindrischer Zellen bedeutet, dass sie für Anwendungen verwendet werden können, die weniger Strom erfordern.Dadurch werden sie für ein breiteres Anwendungsspektrum eingesetzt.

Verbindungen

Da prismatische Zellen größer sind als zylindrische Zellen, werden weniger Zellen benötigt, um die gleiche Energiemenge zu erreichen.Das bedeutet, dass Batterien mit prismatischen Zellen bei gleichem Volumen weniger elektrische Verbindungen haben, die geschweißt werden müssen.Dies ist ein großer Vorteil für prismatische Zellen, da die Möglichkeit von Herstellungsfehlern geringer ist.

Leistung

Zylindrische Zellen speichern möglicherweise weniger Energie als prismatische Zellen, haben aber mehr Leistung.Das bedeutet, dass zylindrische Zellen ihre Energie schneller entladen können als prismatische Zellen.Der Grund dafür ist, dass sie mehr Verbindungen pro Amperestunde (Ah) haben.Daher sind zylindrische Zellen ideal für Hochleistungsanwendungen, während prismatische Zellen ideal zur Optimierung der Energieeffizienz sind.

Beispiele für Hochleistungsbatterieanwendungen sind Formel-E-Rennwagen und der Ingenuity-Hubschrauber auf dem Mars.Beide erfordern extreme Leistungen in extremen Umgebungen.

Warum prismatische Zellen die Macht übernehmen könnten

Die Elektrofahrzeugindustrie entwickelt sich schnell weiter und es ist ungewiss, ob sich prismatische oder zylindrische Zellen durchsetzen werden.Derzeit sind zylindrische Zellen in der Elektrofahrzeugindustrie weiter verbreitet, es gibt jedoch Gründe zu der Annahme, dass prismatische Zellen an Popularität gewinnen werden.

Erstens bieten prismatische Zellen die Möglichkeit, die Kosten zu senken, indem die Anzahl der Herstellungsschritte verringert wird.Ihr Format ermöglicht die Herstellung größerer Zellen, wodurch die Anzahl der zu reinigenden und zu verschweißenden elektrischen Verbindungen reduziert wird.

Prismatische Batterien sind auch das ideale Format für die Lithium-Eisenphosphat-Chemie (LFP), einen Materialmix, der günstiger und leichter zugänglich ist.Im Gegensatz zu anderen Chemikalien nutzen LFP-Batterien Ressourcen, die überall auf dem Planeten vorhanden sind.Sie erfordern keine seltenen und teuren Materialien wie Nickel und Kobalt, die die Kosten anderer Zelltypen in die Höhe treiben.

Es gibt starke Anzeichen dafür, dass prismatische LFP-Zellen entstehen.In Asien verwenden Hersteller von Elektrofahrzeugen bereits LiFePO4-Batterien, eine Art LFP-Batterie im prismatischen Format.Tesla gab außerdem an, dass es damit begonnen habe, in China hergestellte prismatische Batterien für die Standardversionen seiner Autos zu verwenden.

Die LFP-Chemie hat jedoch erhebliche Nachteile.Zum einen enthält es weniger Energie als andere derzeit verwendete Chemikalien und kann daher nicht für Hochleistungsfahrzeuge wie Formel-1-Elektroautos verwendet werden.Darüber hinaus haben Batteriemanagementsysteme (BMS) Schwierigkeiten, den Ladezustand der Batterie vorherzusagen.

Sie können sich dieses Video ansehen, um mehr darüber zu erfahrenLFPChemie und warum sie immer beliebter wird.