Prismatische vs. Zylindrische Zellen: Was ist der Unterschied?

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Elektrofahrzeuge , Batterie , Laserreinigung

Batterien sind essenziell für den Betrieb verschiedener elektronischer Geräte – von Unterhaltungselektronik bis hin zu medizinischen Geräten. Doch der Begriff Batterie allein beschreibt nicht die spezifischen Zelltypen, die diese Geräte antreiben. Zwei der gängigsten Batterietypen sind prismatische und zylindrische Zellen, welche sich durch ihre besonderen Eigenschaften und Funktionsweisen auszeichnen.

Prismatische und zylindrische Zellen unterscheiden sich in ihrer Anwendung, Energiedichte, thermischen Leistung und Lebensdauer. In manchen Fällen werden sie für dieselben Anwendungen genutzt, doch ihre einzigartigen Eigenschaften machen es wichtig, die richtige Zellart für den jeweiligen Einsatzbereich auszuwählen. Es gibt keine bessere Zelle – jede hat ihre Vorteile, abhängig von Design und Zielsetzung.

In diesem Artikel liegt der Fokus auf prismatischen und zylindrischen Zellen und darauf, die Unterschiede verständlich herauszustellen.

Was ist eine zylindrische Zelle?

Eine zylindrische Zelle besteht aus aufgerollten Elektroden und Separatoren, die in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht sind. Diese Zellart gehört zu den ersten Batterien, die jemals entwickelt wurden (um 1900), und ist vielseitig einsetzbar, schnell herstellbar und kostengünstig.

Was ist eine prismatische Zelle?

Im Vergleich zu zylindrischen Zellen ist die prismatische Zelle eine neuere Entwicklung, die in den 1990er Jahren eingeführt wurde. Sie ist rechteckig und besteht aus gestapelten oder flachen Elektroden und Separatoren. Prismatische Zellen wurden entwickelt, um die Fertigungseffizienz zu steigern, da sie größer und dennoch kompakter als zylindrische Zellen sind.

Unterschiede zwischen zylindrischen und prismatischen Batteriezellen

Form

Der offensichtlichste Unterschied zwischen prismatischen und zylindrischen Zellen ist ihre Form.

Zylindrische Zellen
Zylindrische Zellen haben – wie der Name schon sagt – eine zylindrische Form. Diese Form hat Vor- und Nachteile. Beispielsweise sind sie kleiner und weniger platzsparend, da beim Stapeln Lücken entstehen. Diese Lücken können jedoch die Luftzirkulation fördern, was die Wärmeableitung verbessert. Zudem entladen zylindrische Zellen Energie schnell und ohne Aufblähung, was sie ideal für extreme Umgebungen macht.
Prismatische Zellen
Diese Zellen sind dünn und rechteckig. Dadurch lassen sie sich leicht zu Batteriepaketen zusammenfügen, die aus mehreren Schichten prismatischer Zellen bestehen. Ihre flache Form ermöglicht eine kompakte Bauweise, ohne dass Energie verloren geht. Zudem können prismatische Zellen individuell angepasst werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.

Energiedichte

Die Energiedichte beschreibt die Energiemenge, die eine Zelle pro Volumen speichern kann. Je nach Anwendung kann eine höhere oder niedrigere Energiedichte von Vorteil sein.

Zylindrische Zellen
Die Energiedichte von zylindrischen Zellen ist ein entscheidender Faktor, der sie für viele Anwendungen attraktiv macht, insbesondere in der Elektromobilität, Unterhaltungselektronik und Energiespeichersystemen.
Zylindrische Zellen, insbesondere solche mit Lithium-Ionen-Chemie, bieten eine hohe Energiedichte, die sie für kompakte und leistungsstarke Anwendungen geeignet macht.
Prismatische Zellen
Prismatische Zellen sind eine beliebte Wahl für Anwendungen, die eine hohe Energiedichte und eine kompakte Bauweise erfordern. Sie werden häufig in Elektrofahrzeugen (EVs), Energiespeichersystemen (ESS) und industriellen Anwendungen eingesetzt. Im Vergleich zu zylindrischen Zellen bieten prismatische Zellen einige spezifische Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Raumausnutzung und die Flexibilität bei der Integration in Batteriepakete.
Prismatische Zellen haben in der Regel eine etwas geringere gravimetrische Energiedichte als zylindrische Zellen, können jedoch durch ihre kompakte Bauweise und die Möglichkeit, sie dichter zu packen, eine höhere volumetrische Energiedichte erreichen.

Lebensdauer

Zylindrische Zellen
Zylindrische Batterien haben eine beeindruckende Lebensdauer von bis zu 25.000 Zyklen, was sie besonders langlebig macht.
Prismatische Zellen
Diese Zellen haben eine Lebensdauer von etwa 2.000 Ladezyklen. Obwohl dies kürzer ist als bei zylindrischen Zellen, kann die Lebensdauer durch die Kombination mehrerer Zellen in einem Batteriepaket verlängert werden.

Thermische Leistung

Die thermische Leistung beschreibt, wie gut eine Zelle Wärme reguliert und ableitet.

Zylindrische Zellen
Dank ihrer Form bieten zylindrische Zellen eine bessere Wärmeableitung. Die Lücken zwischen den Zellen fördern die Luftzirkulation und verhindern Überhitzung.
Prismatische Zellen
Da prismatische Zellen eng gestapelt sind, neigen sie eher zur Überhitzung. Ein überhitzter Zellblock kann benachbarte Zellen beeinträchtigen.

Anwendungen

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften werden prismatische und zylindrische Zellen in verschiedenen Bereichen eingesetzt:

Zylindrische Zellen
Diese Zellen finden Verwendung in E-Bikes, medizinischen Geräten, Unterhaltungselektronik, Rauchmeldern und Spielzeugen.
Prismatische Zellen
Dank ihrer Flexibilität und hohen Leistung werden prismatische Zellen in Energiespeichersystemen (ESS), medizinischen Geräten, Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie in der Industrie eingesetzt.

Welche Zelle ist die richtige Wahl?

Es gibt keine universelle Antwort auf die Frage, ob prismatische oder zylindrische Zellen besser sind. Die Wahl hängt von den spezifischen Anforderungen ab.

Zylindrische Zellen sind ideal für Anwendungen, die Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit in wechselnden Umgebungen erfordern.
Prismatische Zellen eignen sich für Anwendungen, die leistungsstarke und flexible Batterien erfordern.

Zusätzlich zu den grundlegenden Eigenschaften spielen auch chemische Zusammensetzung, Herstellungsverfahren und Design eine Rolle bei der Entscheidung. Letztendlich hängt die Wahl davon ab, welche Anforderungen Ihre Anwendung an die Batterie stellt.