Có ba loại chínhpin lithium-ion(Pin Li-ion): pin hình trụ, pin hình lăng trụ và pin dạng túi. Trong ngành công nghiệp xe điện, những phát triển triển vọng nhất xoay quanh pin hình trụ và pin hình lăng trụ. Mặc dù dạng pin hình trụ đã phổ biến nhất trong những năm gần đây, nhưng một số yếu tố cho thấy pin hình lăng trụ có thể sẽ chiếm ưu thế.

Đó là gì?Tế bào hình lăng trụ

MỘTtế bào hình lăng trụPin hình lăng trụ là loại pin có cấu tạo hóa học được bao bọc trong lớp vỏ cứng. Hình dạng chữ nhật của nó cho phép xếp chồng nhiều đơn vị một cách hiệu quả trong một mô-đun pin. Có hai loại pin hình lăng trụ: các tấm điện cực bên trong vỏ (anode, màng ngăn, cathode) được xếp chồng lên nhau hoặc được cuộn lại và làm phẳng.

Với cùng một thể tích, các tế bào hình lăng trụ xếp chồng lên nhau có thể giải phóng nhiều năng lượng hơn cùng một lúc, mang lại hiệu suất tốt hơn, trong khi các tế bào hình lăng trụ dẹt chứa nhiều năng lượng hơn, mang lại độ bền cao hơn.

Pin mặt trời hình lăng trụ chủ yếu được sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng và xe điện. Kích thước lớn khiến chúng không phù hợp với các thiết bị nhỏ hơn như xe đạp điện và điện thoại di động. Do đó, chúng thích hợp hơn cho các ứng dụng tiêu thụ nhiều năng lượng.

Tế bào hình trụ là gì?

MỘTtế bào hình trụPin hình trụ là một loại pin được bao bọc trong một vỏ hình trụ cứng. Pin hình trụ nhỏ và tròn, cho phép xếp chồng chúng lên nhau trong các thiết bị có kích thước khác nhau. Không giống như các loại pin khác, hình dạng của chúng ngăn ngừa hiện tượng phồng lên, một hiện tượng không mong muốn ở pin khi khí tích tụ trong vỏ.

Pin hình trụ lần đầu tiên được sử dụng trong máy tính xách tay, mỗi máy chứa từ ba đến chín viên pin. Sau đó, chúng trở nên phổ biến hơn khi Tesla sử dụng chúng trong những chiếc xe điện đầu tiên của mình (Roadster và Model S), mỗi chiếc chứa từ 6.000 đến 9.000 viên pin.

Pin hình trụ cũng được sử dụng trong xe đạp điện, thiết bị y tế và vệ tinh. Chúng cũng rất cần thiết trong thám hiểm không gian vì hình dạng của chúng; các loại pin khác sẽ bị biến dạng do áp suất khí quyển. Ví dụ, chiếc xe tự hành cuối cùng được gửi lên sao Hỏa hoạt động bằng pin hình trụ. Xe đua điện hiệu suất cao Formula E sử dụng chính xác loại pin giống như xe tự hành trong bộ pin của chúng.

Những điểm khác biệt chính giữa pin hình lăng trụ và pin hình trụ

Hình dạng không phải là yếu tố duy nhất phân biệt pin hình lăng trụ và pin hình trụ. Những điểm khác biệt quan trọng khác bao gồm kích thước, số lượng kết nối điện và công suất đầu ra của chúng.

Kích cỡ

Pin mặt trời hình lăng trụ lớn hơn nhiều so với pin mặt trời hình trụ và do đó chứa nhiều năng lượng hơn trên mỗi cell. Để dễ hình dung sự khác biệt, một pin mặt trời hình lăng trụ có thể chứa lượng năng lượng tương đương với 20 đến 100 pin mặt trời hình trụ. Kích thước nhỏ hơn của pin mặt trời hình trụ có nghĩa là chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu ít năng lượng hơn. Do đó, chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng hơn.

Kết nối

Vì các tế bào hình lăng trụ lớn hơn các tế bào hình trụ, nên cần ít tế bào hơn để đạt được cùng một lượng năng lượng. Điều này có nghĩa là với cùng một thể tích, pin sử dụng các tế bào hình lăng trụ có ít mối nối điện cần hàn hơn. Đây là một lợi thế lớn của các tế bào hình lăng trụ vì có ít khả năng xảy ra lỗi trong quá trình sản xuất.

Quyền lực

Pin hình trụ có thể lưu trữ ít năng lượng hơn pin hình lăng trụ, nhưng chúng lại có công suất lớn hơn. Điều này có nghĩa là pin hình trụ có thể xả năng lượng nhanh hơn pin hình lăng trụ. Lý do là chúng có nhiều kết nối hơn trên mỗi ampe-giờ (Ah). Do đó, pin hình trụ lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao, trong khi pin hình lăng trụ lý tưởng để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng.

Ví dụ về các ứng dụng pin hiệu năng cao bao gồm xe đua Công thức 1 và trực thăng Ingenuity trên sao Hỏa. Cả hai đều yêu cầu hiệu năng cực cao trong môi trường khắc nghiệt.

Vì sao tế bào hình lăng trụ có thể đang chiếm ưu thế

Ngành công nghiệp xe điện đang phát triển nhanh chóng, và vẫn chưa chắc chắn liệu pin hình lăng trụ hay pin hình trụ sẽ chiếm ưu thế. Hiện tại, pin hình trụ được sử dụng rộng rãi hơn trong ngành công nghiệp xe điện, nhưng có những lý do để tin rằng pin hình lăng trụ sẽ ngày càng được ưa chuộng.

Thứ nhất, các tế bào hình lăng trụ mang lại cơ hội giảm chi phí bằng cách giảm số bước sản xuất. Hình dạng của chúng cho phép sản xuất các tế bào lớn hơn, từ đó giảm số lượng các mối nối điện cần được làm sạch và hàn.

Pin hình lăng trụ cũng là dạng lý tưởng cho công nghệ pin lithium-sắt photphat (LFP), một hỗn hợp các vật liệu rẻ hơn và dễ kiếm hơn. Không giống như các công nghệ pin khác, pin LFP sử dụng các nguồn tài nguyên có ở khắp mọi nơi trên hành tinh. Chúng không cần các vật liệu quý hiếm và đắt tiền như niken và coban, những chất làm tăng chi phí của các loại pin khác.

Có những tín hiệu mạnh mẽ cho thấy pin LFP dạng lăng trụ đang nổi lên. Tại châu Á, các nhà sản xuất xe điện đã sử dụng pin LiFePO4, một loại pin LFP dạng lăng trụ. Tesla cũng tuyên bố đã bắt đầu sử dụng pin dạng lăng trụ sản xuất tại Trung Quốc cho các phiên bản xe tiêu chuẩn của mình.

Tuy nhiên, công nghệ pin LFP cũng có những nhược điểm quan trọng. Thứ nhất, nó chứa ít năng lượng hơn so với các công nghệ pin khác hiện đang được sử dụng và do đó, không thể được sử dụng cho các phương tiện hiệu suất cao như xe điện Công thức 1. Ngoài ra, hệ thống quản lý pin (BMS) gặp khó khăn trong việc dự đoán mức độ sạc của pin.

Bạn có thể xem video này để tìm hiểu thêm về...LFPHóa học và lý do tại sao nó ngày càng trở nên phổ biến.