Silindirik, prizmatik ve kese (pouch) tipi piller, lityum iyon batarya
teknolojisinde kullanılan üç temel form faktörüdür. Her birinin kendine özgü
avantajları ve dezavantajları vardır, bu da onları farklı uygulamalar için daha uygun
hale getirir.
İşte aralarındaki temel farklar:
1. Silindirik Piller (Cylindrical Cells)
Şekil: Adından da anlaşılacağı gibi silindir şeklindedirler (örn: 18650, 21700,
4680 boyutları). İç yapısı, elektrotların ve ayırıcının sıkıca sarıldığı bir “jelly
roll” (jöle rulo) şeklindedir.
İç Yapı: Pozitif (katot) ve negatif (anot) elektrotlar ile aralarındaki ayırıcı, spiral
bir şekilde sarılarak metal bir silindirik kabın içine yerleştirilir. Uç kısımlarda
pozitif ve negatif terminaller bulunur.
Üretim Süreci: Genellikle yüksek otomasyonlu ve standartlaştırılmış üretim
süreçlerine sahiptir. Bu, üretim maliyetlerini düşürür ve kalite kontrolünü
kolaylaştırır. Sarma işlemi bu tip pillerin anahtar üretim adımıdır.
Avantajları:
o Maliyet: Genellikle en uygun maliyetli pil tipidir, çünkü üretim süreçleri
uzun yıllardır optimize edilmiştir ve yüksek hacimli üretilirler.
o Dayanıklılık: Sert metal dış kaplamaları sayesinde mekanik olarak
oldukça sağlamdırlar ve iç basınca karşı dirençlidirler.
o Termal Yönetim: Silindirik yapıları nedeniyle ısıyı nispeten daha iyi
dağıtabilirler (geniş yüzey alanı / hacim oranı), ancak bir araya getirilen
paketlerde termal yönetim zorlaşabilir.
o Güvenlik: Sert kaplama, iç basınç oluştuğunda patlamayı önlemeye
yardımcı olan güvenlik ventillerine sahip olabilir.
Dezavantajları:
o Alan Verimliliği: Silindirik şekilleri nedeniyle bir araya getirildiklerinde
aralarında boşluklar kalır. Bu, batarya paketinde (modülünde) “ölü alan”
yaratır ve toplam hacimden daha az enerji depolama kapasitesi elde
edilmesine neden olabilir.
o Paket Karmaşıklığı: Çok sayıda küçük hücrenin bir araya getirilip
elektriksel olarak bağlanması, batarya paketinin tasarımını ve üretimini
karmaşıklaştırabilir.
o Enerji Yoğunluğu: Özellikle hacimsel enerji yoğunluğu (paket
seviyesinde) prizmatik ve kese pillere göre daha düşük olabilir.
Uygulamalar: Dizüstü bilgisayarlar, elektrikli el aletleri, elektrikli bisikletler,
bazı elektrikli araçlar (özellikle Tesla’nın eski modelleri ve yeni 4680 hücreleri),
enerji depolama sistemleri (ESS).
2. Prizmatik Piller (Prismatic Cells)
Şekil: Dikdörtgen veya kare prizma şeklindedirler. Genellikle daha büyük
kapasiteli tek hücreler olarak tasarlanırlar.
İç Yapı: Elektrotlar ve ayırıcılar spiral sarılmış bir “jelly roll” (silindiriktekine
benzer) veya daha yaygın olarak katmanlar halinde “istiflenmiş” (stacked) biryapıya sahip olabilirler. Bu yapı alüminyum veya çelik bir dış kasaya
yerleştirilir.
Üretim Süreci: Daha az hücre bağlantısı gerektirmeleri nedeniyle paketleme
süreçleri silindirik pillere göre daha basit olabilir. İstifleme teknolojisi daha fazla
hassasiyet ve otomasyon gerektirebilir.
Avantajları:
o Alan Verimliliği: Düzgün, köşeli şekilleri sayesinde batarya paketinde
daha az boşluk bırakırlar. Bu, silindirik pillere göre daha yüksek
hacimsel enerji yoğunluğu sağlar ve paket tasarımını basitleştirir.
o Paket Basitliği: Daha büyük tek hücreler oldukları için, aynı toplam
kapasite için daha az hücreye ve dolayısıyla daha az bağlantıya ihtiyaç
duyulur. Bu da paket üretimini basitleştirir.
o Termal Yönetim: Düz yüzeyleri, termal yönetim sistemleri ile daha iyi
temas sağlar.
Dezavantajları:
o Maliyet: Genellikle silindirik pillere göre daha pahalıdırlar çünkü üretim
süreçleri daha az standartlaştırılmıştır ve genellikle daha büyük tek
hücrelerdir.
o Mekanik Gerilme: İçerideki gaz oluşumu veya genişleme durumunda,
sert kabukları nedeniyle gerilme altında kalabilirler, bu da iç basınç
yönetimi gerektirir.
o Ağırlık: Metal kasaları nedeniyle kese pillere göre daha ağırdırlar.
Uygulamalar: Elektrikli araçlar (birçok model), hibrit araçlar, büyük ölçekli
enerji depolama sistemleri (ESS), endüstriyel ekipmanlar.
3. Kese / Poşet Tipi Piller (Pouch Cells)
Şekil: Esnek, lamine edilmiş bir alüminyum-plastik film poşet içinde düz ve
ince bir yapıya sahiptirler. Genellikle kitap gibi görünürler.
İç Yapı: Elektrotlar ve ayırıcılar genellikle katmanlar halinde istiflenir ve daha
sonra bir alüminyum-plastik lamine film içine mühürlenir.
Üretim Süreci: Üretim süreci oldukça esnektir ve farklı boyutlarda pil
üretimine olanak tanır.
Avantajları:
o En Yüksek Alan ve Ağırlık Verimliliği: Metal kasa kullanmadıkları için
en hafif pil tipidir ve neredeyse hiç ölü alan bırakmazlar. Bu, hem
hacimsel hem de gravimetrik (ağırlık bazlı) enerji yoğunluğunu
maksimize eder. Tasarım esnekliği sağlar.
o Tasarım Esnekliği: İstediğiniz hemen hemen her boyutta ve şekilde
üretilebilirler, bu da cihaz tasarımcılarına büyük özgürlük sunar.
o Termal Yönetim: Yüzeyleri düz ve geniştir, bu da ısı dağılımını ve
termal yönetimi (özellikle sıvı soğutma ile) kolaylaştırır.
o Şişme Göstergesi: İç basınç oluştuğunda veya gaz salınımında fiziksel
olarak şişmeleri, görsel bir uyarı sinyali olabilir (ancak bu aynı zamanda
bir dezavantajdır).
Dezavantajları:
o Mekanik Kırılganlık: Sert bir dış kasaları olmadığı için fiziksel hasara
(delinme, ezilme) karşı daha savunmasızdırlar. Batarya paketinde bu
hücreleri koruyacak ek mekanik destek ve muhafaza gerektirirler.o Şişme Riski: Aşırı şarj, aşırı ısınma veya yaşlanma nedeniyle
oluşabilecek gaz birikintileri poşetin şişmesine neden olabilir, bu da
performansı etkileyebilir veya güvenlik riski oluşturabilir.
o Maliyet: Genellikle en pahalı pil tipidir, özellikle karmaşık mühürleme ve
paketleme süreçleri nedeniyle.
Uygulamalar: Akıllı telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar (ince ve hafif
olmaları nedeniyle), giyilebilir teknolojiler, bazı elektrikli araçlar (örneğin
Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq gibi), dronlar, özel elektronik cihazlar
