Najwięksi producenci ogniw Li-ion w Korei Południowej idą w kierunku ogniw prostopadłościennych zamiast dotychczasowych saszetek. Portal Battery-Tech twierdzi, że decyzję wymusili odbiorcy, producenci samochodów elektrycznych, którzy chcą wyższego poziomu bezpieczeństwa. Bo faktycznie, ogniwa prostopadłościenne zamknięte są w twardych plastikowych obudowach, co zmniejsza gęstość energii całego układu (trzeba doliczyć obudowę), ale zwiększa bezpieczeństwo w razie odkształceń (np. pęcznienie).
Mniej saszetek, więcej prostopadłościanów. I dobrze
Ogniwa saszetkowe mają najwyższe gęstości energii na rynku, ponieważ zamyka się je w foliowych torebkach. Dużą część masy ogniwa stanowią substancje aktywne: elektrody i elektrolit, udział folii jest niewielki. Przy ogniwach prostopadłościennych obudowa musi spełniać określone założenia dotyczące wytrzymałości na zgniecenie czy rozpychanie, musi być twarda, a przez to jej wkład w wagę ogniwa jest znaczący – dlatego ogniwa tego rodzaju osiągają niższe gęstości energii niż saszetki z dokładnie tą samą chemią. Plusem jest wyższy poziom bezpieczeństwa, również w przypadku przebicia czy zapłonu – obudowy można bowiem wykonywać z materiałów tłumiących płomień.
Wszystkie typy ogniw na jednym obrazku: saszetkowe (ang. pouch; leży), prostopadłościenne (ang. prismatic; stoją) i cylindryczne (ang. cylindrical; stoją po prawej) (c) Samsung SDI
W 2019 roku ogniwa prostopadłościenne stanowiły w Europie ledwie 19 procent rynku, w 2023 urosły do aż 49 procent. Nieco zjechały ogniwa saszetkowe, z 46 do 35 procent, największy spadek zanotowały ogniwa cylindryczne, z 35 do 16 procent, ale jest to efekt wejścia na rynek innych producentów samochodów elektrycznych oprócz Tesli. I przejścia samej Tesli na ogniwa prostopadłościenne w modelach z napędem na tył (źródło).
Dlatego LG Energy Solution stworzyło specjalną grupę, która zajmuje się opracowaniem metod masowego wytwarzania ogniw prostopadłościennych – firma dotychczas skupiała się na saszetkach i cylindrach w przypadku Tesli. SK On zakończyło prace nad technologią wytwarzania tego typu ogniw, teraz planuje rozszerzyć ofertę rynkową. Samsung SDI wreszcie jest „optymistycznie nastawione do potencjału wzrostu w prostopadłościanach”, ponieważ rośnie liczba zapytań producentów samochodów elektrycznych, którzy chcieliby współpracować w tym temacie.
Ogniwa saszetkowe SK On. Wcześniej duma południowokoreańskich producentów, dziś technologia stopniowo wypierana przez wersje prostopadłościenne i cylindryczne (c) SK Innovation
Wraz ze wzrostem gęstości energii zawartości ogniw obudowy cylindryczne i prostopadłościenne będą wybierane coraz chętniej. Są one szczególnie istotne, gdy mówimy o chemiach opartych na sodzie czy potasie zamiast litu, ponieważ każdy z tych pierwiastków jest o wiele bardziej reaktywny od protoplasty. Twarde obudowy są też kluczowe w przypadku krzemowych anod oraz ogniw Li-metal, w obu przypadkach dochodzi bowiem do pęcznienia ogniwa podczas ładowania (lit rozpychający anodę lub budująca się anoda). Producent ogniw musi zapanować nad tym procesem. QuantumScape, startup rozwijający ogniwa z litową anodą i stałym elektrolitem (Li-metal) połączył w jednym opakowaniu saszetki i prostopadłościany, żeby poradzić sobie ze zmianą rozmiarów ogniwa w trakcie pracy:
Ogniwa solid-state od QuantumScape mają twardy szkielet (jak prostopadłościenne) i miękkie niektóre powierzchnie (jak saszetki). W efekcie pęcznieją tylko odrobinę podczas ładowania, ale, ważne zastrzeżenie, znajdują się w pakiecie o podniesionym ciśnieniu. Dodajmy, że to tylko wizualizacja, nikt nie sprzedaje dziś masowo produkowanych ogniw Li-metal (c) QuantumScape
