¿Qué es una celda cilíndrica?

Una celda cilíndrica es un tipo de batería recargable (o a veces primaria) donde los componentes principales se enrollan ("rollo de gelatina") y se alojan dentro de una lata metálica cilíndrica rígida (típicamente de acero o aluminio). Son uno de los factores de forma de batería más comunes y maduros.

Aquí hay un desglose de sus características y rasgos clave:

Forma

Como su nombre indica, tienen una forma cilíndrica, similar a una batería AA o AAA estándar, pero a menudo mucho más grandes.

Composición estructural

Una celda cilíndrica típica consta de una carcasa, una tapa, un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador, un electrolito, un elemento ptc, una junta, una válvula de seguridad, etc. Generalmente, la carcasa de la batería es el terminal negativo de la batería, y la tapa es el terminal positivo. La carcasa de la batería está hecha de placa de acero niquelado.

• • Rollo de gelatina: El núcleo consta de finas láminas de material de ánodo, material de cátodo y separador enrollados juntos en espiral ("rollo de gelatina"). Esto maximiza el área de superficie dentro del cilindro.

  • Lata de metal: El rollo de gelatina se inserta en un cilindro de metal duradero. Esto proporciona una excelente estabilidad mecánica y protección.

  • Electrolito: El electrolito líquido llena el espacio dentro de la lata y entre las capas de electrodos.

  • Terminales: Los terminales positivo (+) y negativo (-) se encuentran en cada extremo del cilindro. El terminal positivo generalmente tiene una tapa elevada con un mecanismo de ventilación de seguridad, mientras que el terminal negativo es la base plana (o viceversa, según el diseño).

  • Ventilación de seguridad: Una característica crítica diseñada para romperse y liberar presión si se acumula gas interno debido al sobrecalentamiento o mal funcionamiento, evitando la explosión.

Modelos comunes

Las celdas cilíndricas de iones de litio generalmente se representan con cinco dígitos. Comenzando por la izquierda, los dos primeros dígitos indican el diámetro de la batería, el tercer y cuarto dígitos indican la altura de la batería y el quinto dígito indica la redondez. Los modelos de celdas cilíndricas comunes incluyen:

• 18650: El tipo más famoso. ~18 mm de diámetro, ~65 mm de altura. Se utiliza ampliamente en computadoras portátiles, herramientas eléctricas y los primeros vehículos Tesla.

• 21700: ~21 mm de diámetro, ~70 mm de altura. Cada vez más popular, ofrece mayor capacidad/potencia que 18650. Se utiliza en los modelos Tesla más nuevos, bicicletas eléctricas, herramientas eléctricas.

• 26650: ~26 mm de diámetro, ~65 mm de altura. A menudo se utiliza en aplicaciones de mayor potencia, como linternas más grandes o almacenamiento solar.

• 4680: ~46 mm de diámetro, ~80 mm de altura. El formato más nuevo y grande de Tesla diseñado para una mayor densidad de energía, potencia y fabricación simplificada.

• Otros: Existen muchos otros tamaños (14500, 10440, 32650, etc.).

Ventajas

• Maduro y probado: Décadas de refinamiento de la fabricación conducen a una alta fiabilidad y una calidad constante.
• Robusto y duradero: La carcasa metálica rígida proporciona una excelente resistencia mecánica, resistencia al aplastamiento y protección.
• Excelente gestión térmica: La forma cilíndrica y la lata de metal transfieren eficientemente el calor generado durante el funcionamiento al entorno exterior o a un sistema de refrigeración. Esto es crucial para el rendimiento y la seguridad.
• Eficiencia de fabricación: Existen líneas de producción altamente automatizadas y de gran volumen, lo que mantiene los costos relativamente bajos.
• Estandarización: Los tamaños estándar permiten una integración más fácil en diferentes paquetes de baterías y compatibilidad entre fabricantes.
• Seguridad: La carcasa resistente contiene bien las fallas internas, y la ventilación de presión proporciona una liberación de seguridad crítica.

Desventajas

• Ineficiencia del embalaje: Cuando se empaquetan en un módulo/paquete de batería rectangular, la forma redonda inherente crea espacios vacíos ("huecos") entre las celdas, lo que reduce la densidad de energía volumétrica general del paquete en comparación con las celdas prismáticas o de bolsa.
• Ensamblaje complejo del paquete: La construcción de grandes paquetes de baterías requiere muchas celdas individuales (miles en un EV), junto con cableado complejo, barras colectoras y conexiones del sistema de gestión de baterías (BMS).
• Peso: La carcasa de metal agrega peso en comparación con las celdas de bolsa.
• Gradiente térmico: En celdas cilíndricas muy grandes (como 4680), gestionar el calor de manera uniforme en el rollo de gelatina más grande puede ser un desafío.

Aplicaciones comunes

• Vehículos eléctricos (EV): Tesla (históricamente 18650/21700, ahora 4680), Lucid, Rivian y otros.Bicicletas eléctricas
• /ScootersHerramientas eléctricas
•  (Taladros, sierras, etc.)Computadoras portátiles
• Linternas
• Electrónicos portátiles
• Electrónicos de consumo (vapes, etc.)
• Sistemas estacionarios de almacenamiento de energía (ESS)
• En esencia

Una celda cilíndrica es un diseño de batería robusto, estandarizado y confiable donde los electrodos se enrollan en espiral y se alojan en un tubo de metal resistente. Su excelente rendimiento térmico, durabilidad y fabricación madura lo convierten en una opción dominante, especialmente para aplicaciones que exigen alta potencia y fiabilidad, a pesar de algunas ineficiencias de embalaje. La gran dependencia de Tesla de ellos para los vehículos eléctricos ha impulsado significativamente su prominencia en los últimos años.