تعد بطارية 18650 التقليدية، مع سلسلة توريد ناضجة ومنخفضة التكلفة، بطارية ليثيوم أيون مثالية وجدت تطبيقات واسعة في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية. ومع ذلك، نظرًا لقدرتها الأصغر، فعند استخدامها في قطاع السيارات الكهربائية، غالبًا ما يتطلب الأمر تجميع عشرات الآلاف من الخلايا الفردية في حزم البطاريات، مما يزيد بشكل كبير من تعقيد إدارة حزم البطاريات. لذلك، تحت قيادة تسلا، بدأت عاصفة استبدال 18650 بطارية بـ 21700 بطارية. وهنا سأقدم مقدمة شاملة.
تتم تسمية كل من الخلية 18650 والخلية 21700 بناءً على أبعادها. يبلغ طول الخلية 18650 65 ملم وقطرها 18 ملم، في حين يبلغ طول الخلية 21700 70 ملم وعرضها 21 ملم. لدى هذين النوعين من الخلايا اختلاف كبير في الحجم، حيث يكون أحدهما أكبر بشكل ملحوظ من الآخر. يسمح هذا الاختلاف في الحجم للخلية 21700 بالحصول على سعة أكبر، ونتيجة لذلك، طاقة أعلى مقارنة بالخلية 18650.
· أوجه التشابه بين 18650 و 21700 خلية:
- كلاهما بطاريات ليثيوم أيون ولها معدلات تفريغ عالية.
- تتمتع كل من الخلايا 18650 و21700 بنفس الجهد، وهو 3.7 فولت.
- يتمتع كلا النوعين من الخلايا بعمر طويل نسبيًا.
- مبدأ عمل الخلايا: عند شحن البطارية، تتولد أيونات الليثيوم على القطب الموجب للبطارية. تنتقل أيونات الليثيوم المتولدة عبر المنحل بالكهرباء إلى القطب السالب. يحتوي القطب السالب، المصنوع عادة من طبقات الجرافيت، على العديد من المسام الدقيقة. تصبح أيونات الليثيوم التي تصل إلى القطب السالب مدمجة في هذه المسام الدقيقة. كلما زاد عدد أيونات الليثيوم المضمنة، زادت سعة شحن البطارية.
· الاختلافات بين بطاريات 18650 و 21700:
(1) الحجم
وكما ذكرنا سابقًا، يبلغ طول بطارية 18650 65 ملمًا وقطرها 18 ملمًا، بينما يبلغ طول بطارية 21700 70 ملمًا وعرضها 21 ملمًا.
(2) القدرة
تتراوح سعة بطاريات 18650 عادةً من 1200 مللي أمبير إلى 3600 مللي أمبير في الساعة، بينما توفر بطاريات 21700 عمومًا سعات تتراوح بين 3000 مللي أمبير و5000 مللي أمبير في الساعة.
(3) الوزن
ويبلغ وزن بطارية 18650 حوالي 48 جرامًا، بينما يبلغ وزن بطارية 21700 حوالي 60 جرامًا. (قد يختلف الوزن قليلاً حسب المواصفات.)
(4) السعر
نظرًا للميزات والإمكانيات المحدثة لبطاريات 21700، فإنها تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة مقارنة ببطاريات 18650.
(5) مجالات التطبيق
تُستخدم بطاريات 18650 بشكل شائع في الأجهزة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة، مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة وحزم بطاريات الكمبيوتر المحمول والسجائر الإلكترونية. في المقابل، تُستخدم عادةً 21700 بطارية، ذات كثافة طاقة أعلى وأداء أفضل، في الأجهزة الإلكترونية المتطورة، بما في ذلك السيارات الكهربائية وأدوات الطاقة والإضاءة المحمولة عالية الأداء وغيرها.
· مبدأ عمل الخلايا
عندما يتم شحن البطارية، تتولد أيونات الليثيوم على القطب الموجب للبطارية. ثم تتحرك أيونات الليثيوم المتولدة عبر المنحل بالكهرباء باتجاه القطب السالب. يحتوي القطب السالب، والذي يتكون عادةً من طبقات من الجرافيت، على العديد من المسام الدقيقة. تصبح أيونات الليثيوم التي تصل إلى القطب السالب مدمجة داخل المسام الدقيقة لطبقات الكربون. كلما زاد عدد أيونات الليثيوم المضمنة، زادت قدرة شحن البطارية.
· مجالات تطبيق بطاريات 18650 و21700:
تُستخدم بطاريات 18650 بشكل شائع في الأجهزة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة، مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة وبطاريات الكمبيوتر المحمول والسجائر الإلكترونية، من بين الأجهزة المحمولة الأخرى.
تُستخدم عادةً بطاريات 21700، نظرًا لكثافة الطاقة العالية وخصائص الأداء الأفضل، في الأجهزة الإلكترونية المتطورة. تشمل هذه التطبيقات السيارات الكهربائية، والأدوات الكهربائية، وأدوات التشخيص الطبي، وأنظمة UPS الطبية، والكراسي المتحركة الكهربائية، والمزيد.
غالبًا ما تستخدم الأجهزة الإلكترونية مثل مصابيح الطاقة في حالات الطوارئ ومشغلات الوسائط المحمولة ومكبرات الصوت التي تعمل بتقنية Bluetooth 18650 بطارية كمصدر للطاقة. ومع ذلك، قد تستخدم الدراجات الكهربائية والسيارات الكهربائية كلا من 21700 و18650 خلية لتلبية احتياجاتها من الطاقة.
· هل يمكن استخدام شاحن 18650 لشحن بطارية 21700؟
نعم، يمكن استخدام أجهزة الشحن المصممة لـ 18650 خلية لشحن 21700 خلية. الشواحن لا تعتمد على سعة الخلية، لذا ستشحن 21700 خلية بنفس الطريقة التي تشحن بها 18650 خلية. بالمقارنة مع 18650 خلية، يمكن لـ 21700 خلية أن تدعم نفس تيارات الشحن أو حتى أعلى.
· هل يمكن استخدام 21700 بطارية كبديل لبطارية 18650؟
نعم، يمكن استخدام 21700 بطارية كبديل لبطاريات 18650 طالما لا توجد قيود على الحجم، حيث أن أبعاد 21700 خلية تختلف عن أبعاد 18650 خلية.
· مميزات بطاريات 21700:
ونظرًا لكثافة الطاقة العالية للخلايا الفردية، لا يلزم سوى ثلث الخلايا فقط، مما يقلل من تعقيد إدارة النظام. وهذا بدوره يقلل من استخدام المعادن والمكونات الإلكترونية، مما يقلل بشكل كبير من وزن بطاريات الليثيوم. سيتم تحسين كثافة الطاقة الإجمالية إلى حد ما.
مع السعة الأكبر للخلايا الفردية، سيتم تقليل عدد الخلايا المطلوبة في حزمة البطارية بشكل كبير عند استخدام 21700 خلية.
توفر بطاريات 21700 كثافة طاقة أعلى مقارنة ببطاريات 18650 المعروفة، ويمكن أن تنخفض التكلفة فعليًا عند استخدامها بكميات كبيرة. باختصار، تحافظ بطاريات 21700 على الموثوقية العالية والأداء المستقر لبطاريات 18650 مع توفير تحسينات كبيرة في أداء البطارية في مختلف الجوانب.
· عيوب بطاريات 18650 و 21700:
بالمقارنة مع 18650 بطارية، تتمتع 21700 بطارية بسعة أكبر ولكنها تتطلب أيضًا أوقات شحن أطول. يمكن أن يؤدي الحجم الأكبر البالغ 21700 خلية إلى تقصير عمر الدورة وتقليل سلامة البطارية والقدرة على التكيف. تدور المخاوف المتعلقة بالسلامة في المقام الأول حول إمكانية توليد الحرارة المفرطة بسبب قدرتها العالية. كما أن تكلفة تصنيع 21700 بطارية مرتفعة نسبيًا.
تعد بطاريات 18650 أكثر عرضة للشحن الزائد والتفريغ الزائد، مثل بطاريات الليثيوم أيون الأخرى، وتميل قدرتها إلى الانخفاض بمرور الوقت.
في تطبيقات مثل السيارات الكهربائية وبعض المجالات عالية الطاقة، قد لا توفر بطاريات 18650 سعة كافية. عادةً ما تتمتع خلية 18650 الواحدة بقدرة قصوى تبلغ 3.5 أمبير، وبالنسبة لكثافة الطاقة الأعلى وفعالية التكلفة، فقد لا يكون ذلك ممكنًا. ويؤدي هذا إلى الحاجة إلى عدد أكبر من الخلايا في وحدات البطارية، مما يزيد من تكلفة وتعقيد إدارة البطارية. من ناحية أخرى، تعد الخلايا 21700 أكبر حجمًا قليلاً وتوفر سعة أعلى، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات السعة العالية.
· مجالات تطبيق بطاريات 18650 و21700:
تُستخدم بطاريات 18650 بشكل شائع في الأجهزة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة، مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة وبطاريات الكمبيوتر المحمول والسجائر الإلكترونية، من بين الأجهزة المحمولة الأخرى.
تُستخدم عادةً بطاريات 21700، نظرًا لكثافة الطاقة العالية وخصائص الأداء الأفضل، في الأجهزة الإلكترونية المتطورة. تشمل هذه التطبيقات السيارات الكهربائية، والأدوات الكهربائية، وأدوات التشخيص الطبي، وأنظمة UPS الطبية، والكراسي المتحركة الكهربائية، والمزيد.
غالبًا ما تستخدم الأجهزة الإلكترونية مثل مصابيح الطاقة في حالات الطوارئ ومشغلات الوسائط المحمولة ومكبرات الصوت التي تعمل بتقنية Bluetooth 18650 بطارية كمصدر للطاقة. ومع ذلك، قد تستخدم الدراجات الكهربائية والسيارات الكهربائية كلا من 21700 و18650 خلية لتلبية احتياجاتها من الطاقة.
· كيف تختار بين 18650 و 21700 خلية بطارية؟
الميزة الرئيسية لبطاريات 21700 مقارنة بـ 18650 بطارية هي قدرتها المتزايدة، مما يؤدي إلى وقت تشغيل أطول. توفر بطاريات 18650 عادةً سعة تتراوح من 1.5 أمبير (1500 مللي أمبير) إلى 3.0 أمبير (3000 مللي أمبير). تواجه البطاريات المتطورة بقدرة 18650 (3.0 أمبير/ساعة) تحديات الإنتاج، ولهذا السبب تختار العديد من الشركات المصنعة بطاريات بسعة 2.5 أمبير (2500 مللي أمبير/ساعة). في المقابل، تبدأ 21700 بطارية، شائعة الاستخدام في الأدوات الكهربائية، بسعة 3.0 أمبير (3000 مللي أمبير) ويمكن أن تصل إلى 4.0 أمبير (4000 مللي أمبير). هذا يعني أنه يمكنك العثور على حزم بطاريات مدمجة (1P) تحمل علامة 3Ah أو 4Ah، بينما يمكن أن تصل حزم البطاريات الأكبر (3P) إلى 12Ah.
فيما يلي مقارنة بين سعة بطاريات أدوات الطاقة النموذجية:
18650:
بطارية 1P صغيرة الحجم: 2.0Ah–3.0Ah (36Wh–54Wh) بطارية 2P القياسية: 4.0Ah–6.0Ah (72Wh إلى 108Wh) بطارية 3P عالية السعة: 9.0Ah (162Wh) 21700:
بطارية 1P مدمجة: 3.0Ah – 4.0Ah (54 Wh – 72 Wh) بطارية 2P القياسية: 6.0Ah – 8.0Ah (108Wh – 144Wh) بطارية 3P عالية السعة: 9Ah – 12Ah (162 Wh – 216 Wh) عند الاختيار بين 18650 و21700 بطارية ليثيوم أيون للأدوات الكهربائية، يعتمد القرار على تطبيقك المحدد. تعد البطاريات 18650 أكثر قابلية للحمل نظرًا لحجمها ووزنها، بينما توفر البطاريات 21700 سعة أكبر ووقت تشغيل أطول ولكنها تأتي بأبعاد ووزن أكبر. في التطبيقات العملية، كلاهما يمكن أن يلبي متطلبات الأدوات الكهربائية. يجب أن يعتمد اختيارك على الاحتياجات المحددة لأدواتك وتطبيقاتك.
· التطبيقات النموذجية لخلايا البطارية البالغ عددها 21700 خلية
يوجد تطبيق نموذجي لـ 21700 خلية في Tesla Model 3، والذي يستخدم بطاريات Panasonic 21700 5000mAh.
