الأسطواني مقابل المسطح مقابل الكيس: أي بطارية ليثيوم تتصدر؟

من الهاتف الذكي في جيبك إلى المركبة الكهربائية في مرآبك، تعد بطاريات الليثيوم أيون العمال الصامتين في عالمنا المكهرب. ولكن هل فكرت يومًا في التأثير العميق لشكل هذه البطاريات؟ إن اختيار ما بين بطارية أسطوانية أو بطارية م prismatique أو بطارية كيسية ليس مجرد مسألة تتعلق بكيفية تركيبها فحسب، بل هو قرار هندسي حاسم يؤثر على كثافة الطاقة، وإدارة الحرارة، والسلامة، والتكلفة. في هذا التحليل المتعمق، سنستعرض الخصائص الفريدة لكل شكل من أشكال البطاريات لنكشف أي تصميم يتفوق في التطبيقات المختلفة.

مقارنة بين البطاريات الليثيومية الأسطوانية والبريزماتية

1. شكل البطارية: يمكن تصميم البطاريات المربعة بأي مقاس، على عكس بطاريات إسطوانية .

2. أداء معدل الشحن/التفريغ: نظرًا لقيود عملية اللحام الخاصة بالبطاريات متعددة الوسائط (multi-tabs) في البطاريات الأسطوانية، فإن أداء المعدل يكون أقل قليلاً مقارنة بالبطاريات البريزماتية متعددة الوسائط.

3. منصة التفريغ: يجب أن تكون بطاريات الليثيوم التي تستخدم نفس مواد الأقطاب الموجبة والسالبة والمحاليل الكهربائية لديها نظريًا نفس منصة التفريغ، ولكن منصة تفريغ بطاريات الليثيوم المربعة تكون أعلى قليلاً.

4. جودة المنتج: عملية تصنيع البطاريات الأسطوانية ناضجة نسبيًا، واحتمال حدوث عيوب في قص أوراق الأقطاب مرة ثانية منخفض، كما أن عملية اللف ناضجة وعالية التشغيل الآلي. أما عملية التبديل فما زالت تُنفَّذ بطريقة شبه يدوية، مما يؤثر سلبًا على جودة البطارية.

5. لحام الأقطاب: من السهل لحام أقطاب البطاريات الأسطوانية مقارنة بأقطاب بطاريات الليثيوم المربعة؛ إذ تكون أقطاب بطاريات الليثيوم المربعة عرضة للحام غير الجيد، مما يؤثر على جودة البطارية.

6. تجميع الحزمة: من السهل استخدام البطاريات الأسطوانية، وبالتالي تكون تقنية التغليف بسيطة وتتميز بتفريغ حراري جيد؛ أما عند تغليف البطاريات الليثيومية المربعة الشكل، فيجب حل مشكلة التفريغ الحراري.

7. الخصائص الهيكلية: النشاط الكيميائي عند زوايا البطاريات الليثيومية المربعة الشكل نسبيًا ضعيف، وينخفض كثافة الطاقة في البطارية مع الاستخدام الطويل الأمد، مما يؤدي إلى تقليل عمر البطارية.

 

مقارنة بين البطاريات الليثيومية الأسطوانية والبطاريات الليثيومية ذات الحقيبة الرخوة (Pouch)

1. تتمتع البطاريات ذات التغليف اللين بأداء أمان أفضل. فهذه البطاريات مغلفة بفيلم ألومنيوم-بلاستيك. وفي حالة حدوث مشكلة أمان، فإن البطاريات ذات التغليف اللين عادة ما تتورّم أو تن crack، على عكس الخلايا ذات الغلاف الفولاذي أو الألومنيوم التي قد تنفجر. ومن حيث أداء الأمان، فهي أفضل من البطاريات الليثيومية الأسطوانية.

2. تُعد بطاريات الحزمة الناعمة خفيفة نسبيًا، حيث يقل وزنها بنسبة 40٪ عن بطاريات الليثيوم ذات الغلاف الفولاذي للسعة نفسها وبنسبة 20٪ عن بطاريات الليثيوم الأسطوانية ذات الغلاف الألومنيومي؛ كما أن لها مقاومة داخلية أقل، مما يقلل بشكل كبير من التفريغ الذاتي.

3. توفر بطاريات البوديك أداءً دوريًا متفوقًا وعمر دورة أطول، وتُظهر تدهورًا أقل بنسبة تتراوح بين 4٪ إلى 7٪ بعد 100 دورة مقارنة بالبطاريات الأسطوانية ذات الغلاف الألومنيومي.

4. توفر بطاريات البوديك أيضًا مرونة تصميمية أكبر، مما يسمح بأشكال مختلفة وتصاميم أرق، ويمكن تخصيصها لتلبية الاحتياجات المحددة للعملاء، مما يمكّن من تطوير نماذج خلايا جديدة. على النقيض، لا تمتلك البطاريات الليثيومية الأسطوانية هذه المزايا.

5. مقارنةً ببطاريات الليثيوم الأسطوانية، فإن خلايا البطاريات ذات الغلاف الناعم (pouch cells) تمتلك عيوبًا مثل الاتساق الأضعف، والتكلفة الأعلى، وقابلية أكبر للتسرب. يمكن معالجة التكلفة الأعلى من خلال الإنتاج على نطاق واسع، في حين يمكن تقليل التسرب من خلال تحسين جودة الفيلم المركب من الألومنيوم والبلاستيك.