Τι είναι ένα κυλινδρικό κελί;

Ένα κυλινδρικό κύτταρο είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης (ή μερικές φορές πρωτογενούς) μπαταρίας όπου τα συστατικά του πυρήνα είναι τυλιγμένα ("Jelly Roll") και στεγάζονται μέσα σε ένα άκαμπτο, κυλινδρικό μεταλλικό δοχείο (τυπικά χάλυβα ή αλουμίνιο). Είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους και ώριμους παράγοντες μορφής μπαταρίας.

Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών χαρακτηριστικών και χαρακτηριστικών τους:

Σχήμα

Όπως υποδηλώνει το όνομα, έχουν κυλινδρικό σχήμα, παρόμοιο με μια τυπική μπαταρία ΑΑ ή ΑΑΑ, αλλά συχνά πολύ μεγαλύτερη.

Δομική σύνθεση

Ένα τυπικό κυλινδρικό κύτταρο αποτελείται από ένα περίβλημα, ένα καπάκι, ένα θετικό ηλεκτρόδιο, ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο, έναν διαχωριστή, έναν ηλεκτρολύτη, ένα στοιχείο PTC, ένα φλάντζα, μια βαλβίδα ασφαλείας κλπ. Γενικά, το περίβλημα της μπαταρίας είναι το αρνητικό τερματικό της μπαταρίας και το πώμα είναι το θετικό τερματικό. Το περίβλημα της μπαταρίας είναι κατασκευασμένο από πλάκα χαλύβδινης πλάκας νικελίου.

• • Jelly Roll: Ο πυρήνας αποτελείται από λεπτά φύλλα υλικού ανόδου, υλικού καθόδου και διαχωριστή που κυλούν σε μια σπείρα ("Jelly Roll"). Αυτό μεγιστοποιεί την επιφάνεια εντός του κυλίνδρου.

  • Metal Can: Το ρολό ζελέ εισάγεται σε έναν ανθεκτικό μεταλλικό κύλινδρο. Αυτό παρέχει εξαιρετική μηχανική σταθερότητα και προστασία.

  • Ηλεκτρολύτης: Ο υγρός ηλεκτρολύτης γεμίζει το χώρο μέσα στο κουτί και μεταξύ των στρώσεων των ηλεκτροδίων.

  • Τερματικά: Τα θετικά (+) και τα αρνητικά (-) ακροδέκτες βρίσκονται σε κάθε άκρο του κυλίνδρου. Το θετικό τερματικό έχει συνήθως ένα ανυψωμένο ανώτατο όριο με μηχανισμό εξαερισμού ασφαλείας, ενώ ο αρνητικός τερματικός σταθμός είναι η επίπεδη βάση (ή αντίστροφα ανάλογα με το σχεδιασμό).

  • Εξαερισμός ασφαλείας: Ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό που έχει σχεδιαστεί για τη ρήξη και την απελευθέρωση της πίεσης εάν η εσωτερική αέριο συσσωρεύεται λόγω υπερθέρμανσης ή δυσλειτουργίας, αποτρέποντας την έκρηξη.

Κοινά μοντέλα

Τα κυλινδρικά κύτταρα ιόντων λιθίου συνήθως αντιπροσωπεύονται από πέντε ψηφία. Ξεκινώντας από τα αριστερά, τα πρώτα δύο ψηφία υποδεικνύουν τη διάμετρο της μπαταρίας, το τρίτο και το τέταρτο ψηφίο υποδεικνύουν το ύψος της μπαταρίας και το πέμπτο ψηφίο υποδεικνύει την στρογγυλότητα. Τα κοινά μοντέλα κυλινδρικών κυττάρων περιλαμβάνουν:

• 18650:Ο πιο διάσημος τύπος. ~ Διάμετρο 18 χιλιοστών, ~ 65mm ύψος. Χρησιμοποιούνται εκτενώς σε φορητούς υπολογιστές, ηλεκτρικά εργαλεία και πρώιμα οχήματα Tesla.

• 21700:~ Διάμετρος 21mm, ~ 70mm ύψος. Όλο και πιο δημοφιλής, προσφέροντας υψηλότερη χωρητικότητα/ισχύ από το 18650. Χρησιμοποιείται σε νεότερα μοντέλα Tesla, ηλεκτρονικά ποδήλατα, ηλεκτρικά εργαλεία.

• 26650:~ Διάμετρος 26mm, ~ 65mm ύψος. Συχνά χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλότερης ισχύος όπως μεγαλύτερους φακούς ή ηλιακή αποθήκευση.

• 4680:~ Διαμέτρου 46mm, ύψος ~ 80mm. Η νεότερη, μεγαλύτερη μορφή της Tesla που σχεδιάστηκε για υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ισχύ και απλοποιημένη κατασκευή.

• Άλλοι:Υπάρχουν πολλά άλλα μεγέθη (14500, 10440, 32650, κλπ.).

Φόντα

• Ώριμη και αποδεδειγμένη: Δεκαετίες βελτίωσης κατασκευής οδηγούν σε υψηλή αξιοπιστία και συνεπή ποιότητα.
• Robust & Durbacks: Το άκαμπτο μεταλλικό περίβλημα παρέχει εξαιρετική μηχανική αντοχή, αντίσταση και προστασία συντριβής.
• Εξαιρετική θερμική διαχείριση: Το κυλινδρικό σχήμα και το μέταλλο μπορούν να μεταφέρουν αποτελεσματικά τη θερμότητα που παράγεται κατά τη λειτουργία στο εξωτερικό περιβάλλον ή σε σύστημα ψύξης. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για την απόδοση και την ασφάλεια.
• Αποδοτικότητα κατασκευής: Υπάρχουν υψηλές αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής μεγάλου όγκου, διατηρώντας το κόστος σχετικά χαμηλό.
• Τυποποίηση: Τα τυποποιημένα μεγέθη επιτρέπουν ευκολότερη ενσωμάτωση σε διαφορετικά πακέτα μπαταριών και συμβατότητα σε όλους τους κατασκευαστές.
• Ασφάλεια: Το ισχυρό περίβλημα περιέχει καλά τις εσωτερικές αποτυχίες και ο εξαερισμός πίεσης παρέχει κρίσιμη απελευθέρωση ασφαλείας.

Μειονεκτήματα

• Αναποτελεσματικότητα συσκευασίας: Όταν συσκευάζεται σε μια ορθογώνια μονάδα μπαταρίας/συσκευασία, το έμφυτο στρογγυλό σχήμα δημιουργεί κενούς χώρους ("κενά") μεταξύ των κυττάρων, μειώνοντας τη συνολική ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας τουπακέτοσε σύγκριση με τα πρισματικά ή τα κύτταρα θύλακα.
• Συγκρότημα Complex Pack: Η κατασκευή μεγάλων πακέτων μπαταριών απαιτεί πολλά μεμονωμένα κύτταρα (χιλιάδες σε ένα EV), μαζί με σύνθετες συνδέσεις καλωδίωσης, λεωφορείων και συστήματος διαχείρισης μπαταριών (BMS).
• Βάρος: Το μεταλλικό περίβλημα προσθέτει βάρος σε σύγκριση με τα κύτταρα σακουλών.
• Θερμική κλίση: Σε πολύ μεγάλα κυλινδρικά κύτταρα (όπως 4680), η διαχείριση της θερμότητας ομοιόμορφα σε όλο το μεγαλύτερο ζελέ, μπορεί να αποτελέσει πρόκληση.

Κοινές εφαρμογές

• Ηλεκτρικά οχήματα (EVs): Tesla (ιστορικά 18650/21700, τώρα 4680), Lucid, Rivian και άλλοι.
• Ηλεκτρικά ποδήλατα/Σκούτερ
• Ηλεκτρικά εργαλεία(Τρυπάνια, πριόνια κ.λπ.)
• Φορητό υπολογιστή
• Φακοί
• Φορητή ηλεκτρονικά
• Ηλεκτρονικά καταναλωτικά (vapes, κ.λπ.)
• Σταθερά συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS)

Ουσιαστικά

Ένα κυλινδρικό κύτταρο είναι ένα ισχυρό, τυποποιημένο και αξιόπιστο σχέδιο μπαταρίας, όπου τα ηλεκτρόδια τυλίγονται σε μια σπείρα και στεγάζονται σε ένα ισχυρό μεταλλικό σωλήνα. Η εξαιρετική θερμική απόδοση, η ανθεκτικότητα και η ώριμη κατασκευή την καθιστούν κυρίαρχη επιλογή, ειδικά για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ισχύ και αξιοπιστία, παρά τις αναποτελεσματικότητες της συσκευασίας. Η βαριά εξάρτηση του Tesla για τα EVs έχει ενισχύσει σημαντικά την προεξοχή τους τα τελευταία χρόνια.