Dlaczego ogniwa litowo-jonowe są w większości okrągłe?

18

Po obejrzeniu kilku filmów wideo na YouTube z różnymi produktami z bateriami litowymi (przenośne ładowarki, bateria laptopa, elektronarzędzia) wszystkie one (oprócz baterii telefonów komórkowych / tabletów) wydają się mieć cylindryczne ogniwa.

Czy istnieje ku temu techniczna przyczyna, poza tym, że jest to jednolity rozmiar, który kafelki stosunkowo dobrze dają producentom elastyczność we wbudowaniu ogniw?

batteries lithium użytkownik27511
źródło
4
Zauważam, że niezwykle duża liczba baterii, litowych lub nie, ma cylindryczny kształt.
Cort Ammon - Przywróć Monikę
13
Akumulator (nie tylko jon litowy) składa się z dwóch materiałów oddzielonych cienką półprzepuszczalną membraną nasiąkniętą elektrolitem. Jednym z najprostszych sposobów, aby akumulator o dużej pojemności nie był dużym arkuszem, jest zwinięcie go. Następnie umieszcza się go w metalowej tubie, aby chronić go przed zginaniem.
τεκ
6
@CortAmmon Komórki chemiczne były cylindryczne przez długi czas, zanim zwinięto płytki. Odległość od środka na zewnątrz jest stała. Teraz nawet komórki pryzmatyczne zwinęły płytki, aby uzyskać duże pola powierzchni.
KalleMP,
4
W innym przypadku nie pasowałyby do uchwytów baterii.
Andrew Morton

Odpowiedzi:

22

1) Cylindryczny kształt jest bardzo łatwy w produkcji - Zasadniczo składasz warstwy wokół okrągłego przedmiotu.

2) Z tego samego powodu, co puszki po napojach - ten kształt jest czymś pomiędzy Sferą (wysoka wytrzymałość i odporność na uszkodzenia) a prostopadłościanem (Łatwy do układania i marnuje się mało miejsca). To najlepszy kompromis między siłą a objętością.

3) W ten sposób możesz z łatwością układać baterie w stosy (połączenia równoległe i szeregowe).

KJA
źródło
14

Między innymi z podanych już wcześniej powodów, w 1991 r. Sony skomercjalizowało pierwsze ogniwo litowo-jonowe, a następnie wykorzystało je do zasilania kamery 8 mm. Potrzebowali sposobu, aby szybko i na wielką skalę wyprodukować te nowe baterie. Jednocześnie płyty CD zabijały sprzedaż taśm (pamiętasz kasety?). Ten sam sprzęt, który pokrył taśmę magnetyczną zawiesiną, może być wykorzystany do wytworzenia baterii w ten sam sposób. Zasadniczo mieli mnóstwo sprzętu i fabryk, które zwalniały i wszystko było w kolejce. Właśnie dlatego tak się zaczęło.

To dość dobrze opowiedziana historia w branży i jeśli google znajdziesz prawdopodobnie kilka artykułów na ten temat. Każdy sprzedający nową wersję baterii Lion lub nową technologię baterii lubi prowadzić z nią, aby pokazać, ile lat i jakich nieaktualnych baterii obecnie używasz.

Jakiś facet od sprzętu
źródło
1

Powiedziałbym, że jest odwrotnie.

Prawie wszystkie komórki alkaliczne (i węgiel cynkowy itp.) Są okrągłe. Kwadratowe pakiety składają się z okrągłych ogniw ( np. 9 V ; większe rozmiary, takie jak baterie do lamp, często wykorzystują ogniwa C lub D wewnętrznie).

Głównymi wyjątkami są kwas ołowiowy i litowy , takie jak baterie do telefonów. Wiele małych urządzeń wielokrotnego ładowania, takich jak odtwarzacze MP3, a nawet mój obecny laptop również korzysta z tych „pryzmatycznych” lub „kieszonkowych” komórek, które minimalizują masę i ciężar opakowania.

Zauważ, że niektóre okrągłe rozmiary ogniw Li są takie same jak zwykłe alkalia (14500 jest takie samo jak AA, ale ~ 3x napięcie, które prowadzi do przydatnych sztuczek w celu zwolnienia miejsca)

Chris H.
źródło
Z przykładów, które podaje OP, producenci mogą wykorzystać warstwy tych płaskich akumulatorów do wypełnienia prostokątnego obszaru, ale zamiast tego używają raczej ogniw w kształcie cylindrów. Przeczytałem jego pytanie jako „po co okrągłe, skoro mogą po prostu układać te woreczki lub
rozładowane
@ JPhi1618, mogliby. Mogę spekulować co do powodu, ale nie chciałem podać go w odpowiedzi: 18650 to (prawie) towary - jeden dostawca zawodzi, a ty używasz innego (istnieje limit, ile odpowiedzialny producent może mieszać i dopasowywać) ale komórki ładownic są mniej standardowe (podwójne pozyskiwanie ich wiązało się z problemami Samsunga z eksplodowaniem Notatek). Ogniwa cylindryczne również wydają się mieć wyższe (dis) prądy ładowania, przydatne w niektórych aplikacjach OP, takich jak moja wiertarka (18650).
Chris H
Jeśli chodzi o zasilacze, mam przykłady obu.
Chris H
W elektronarzędziach chciałbym też mieć coś trudnego, biorąc pod uwagę, że są one traktowane z grubsza - komórki woreczków powinny znajdować się w mocnej obudowie zewnętrznej, która pokonuje przedmiot ich użycia. Zobacz także użycie Tesli w 18650 roku (IIRC)
Chris H
Wyobrażam sobie, że pakowanie butli w kwadratowe opakowania pomaga również zapobiegać nadmiernemu gromadzeniu się ciepła, ponieważ między nimi są szczeliny powietrzne, w których płaskie baterie zajmowałyby całą przestrzeń i nie pozwalałyby konwekcji na odprowadzenie ciepła. (IANEE)
FreeMan
0

Cylinder (lub jeszcze lepiej kula, ale sferyczna bateria nie jest zbyt wygodnym kształtem do użycia wewnątrz urządzenia) jest znacznie bardziej wydajnym zastosowaniem materiału odpornego na ciśnienie wewnętrzne niż pudełko z płaskimi bokami, w przypadku baterii zawiesza się lub przegrzewa.

W kształcie pudełka boki mogą wybrzuszać się na zewnątrz, a następnie odrywać się w miejscu połączenia na krawędziach. Cylinder nie ma żadnych „krawędzi”, z wyjątkiem miejsca, w którym końcówki łączą się z cylindryczną ścianą.

Oprócz rozważań dotyczących analizy naprężeń, kształt o największym stosunku zamkniętego obszaru do obwodu jest również kołem - więc nawet w przypadku pojemnika bezciśnieniowego cylinder wykorzystuje najmniejszą ilość materiału do utrzymania danej objętości. W przypadku tych samych objętości pojemnik o przekroju kwadratowym ma około 27% większą powierzchnię niż pojemnik cylindryczny - a to oznacza 27% mniejszą „masę własną” i koszt materiału.

alephzero
źródło
Ogniwa cylindryczne są zwykle zaprojektowane tak, aby łatwo odpowietrzały, a nie opierały się ciśnieniu, ponieważ ogniwo, które prawie opierało się ciśnieniu, eksplodowało
Chris H
0

Najprostszym powodem, dla którego istnieje wiele okrągłych komórek, jest powód, który stwierdza Tek w swoim komentarzu. Baterie składają się z dwóch elektrod oddzielonych elektrolitem, jeden zestaw daje normalne napięcie. Aby zwiększyć pojemność i zdolność prądową, elektrody i separator są zazwyczaj bardzo cienkie i nawijane na „galaretkę”. Najłatwiej to zrobić po prostu zwijając go w cewkę i zamykając w puszce. Stąd okrągłe komórki.

Komórki pryzmatyczne, prostokątne stosowane w telefonach i podobnej elektronice, są wykonane w podobny sposób, są po prostu płaskie i podłużne. Dlatego wiele pryzmatów będzie miało zakrzywioną krawędź.

Redja
źródło