Тајната на долгиот век на батериите што се полнат можеби лежи во прегратката на разликата.Новото моделирање за тоа како се разградуваат литиум-јонските ќелии во пакетот покажува начин да се прилагоди полнењето на капацитетот на секоја ќелија, така што батериите EV можат да се справат со повеќе циклуси на полнење и да го спречат дефектот.

Истражувањето, објавено на 5 ноември воТрансакции на IEEE за технологија на контролни системи, покажува како активното управување со количината на електрична струја што тече до секоја ќелија во пакетот, наместо да се испорачува рамномерно полнење, може да го минимизира абењето и кинењето.Пристапот ефикасно и овозможува на секоја клетка да го живее својот најдобар - и најдолг - живот.

Според професорот од Стенфорд и виш автор на студијата Симона Онори, првичните симулации сугерираат дека батериите управувани со новата технологија би можеле да се справат со најмалку 20% повеќе циклуси на полнење-празнење, дури и со често брзо полнење, што дополнително ја оптоварува батеријата.

Повеќето претходни напори за продолжување на животниот век на батеријата на електричните автомобили се фокусираа на подобрување на дизајнот, материјалите и производството на единечни ќелии, засновани на премисата дека, како алки во синџирот, пакетот батерии е исто толку добар колку и неговата најслаба ќелија.Новата студија започнува со разбирање дека иако слабите врски се неизбежни - поради производствени несовршености и затоа што некои клетки се деградираат побрзо од другите бидејќи се изложени на стресови како топлина - тие не треба да го урнат целиот пакет.Клучот е да се приспособат стапките на полнење на уникатниот капацитет на секоја ќелија за да се спречи дефект.

„Ако не се решат правилно, хетерогеностите од клетка до клетка може да ја загрозат долговечноста, здравјето и безбедноста на батерискиот пакет и да предизвикаат рана неисправност на батерискиот пакет“, рече Онори, кој е доцент по енергетска наука инженеринг во Стенфорд Доер. Училиште за одржливост.„Нашиот пристап ја изедначува енергијата во секоја ќелија во пакувањето, доведувајќи ги сите ќелии до крајната целна состојба на полнење на избалансиран начин и ја подобрува долговечноста на пакувањето.

Инспириран да изгради батерија долга милион милји

Дел од поттикот за новото истражување се навраќа на објавата од 2020 година на Тесла, компанијата за електрични автомобили, за работа на „батерија долга милион милји“.Ова би била батерија способна да напојува автомобил на 1 милион милји или повеќе (со редовно полнење) пред да стигне до точка каде што, како литиум-јонската батерија во стар телефон или лаптоп, батеријата на EV држи премалку полнење за да биде функционална. .

Таквата батерија би ја надминала типичната гаранција на производителите на автомобили за батерии на електрични возила од осум години или 100.000 милји.Иако батериските пакети рутински ја надминуваат гаранцијата, довербата на потрошувачите во електричните возила би можела да се зајакне доколку скапите замени на батерии станат уште поретки.Батеријата која сè уште може да се полни по илјадници надополнувања, исто така, би можела да го олесни патот за електрификација на камионите на долги релации и за усвојување на таканаречените системи од возило до мрежа, во кои батериите на ЕВ ќе складираат и испраќаат обновлива енергија за електричната мрежа.

„Подоцна беше објаснето дека концептот на батерија од милион милји не е навистина нова хемија, туку само начин да се работи со батеријата со тоа што нема да го користи целиот опсег на полнење“, рече Онори.Поврзаното истражување се фокусираше на единечни литиум-јонски ќелии, кои генерално не го губат капацитетот за полнење толку брзо како што прават полните батерии.

Заинтригирана, Онори и двајца истражувачи во нејзината лабораторија - постдокторскиот научник Вахид Азими и докторантката Анируд Алам - решија да истражат како инвентивното управување со постоечките типови батерии може да ги подобри перформансите и работниот век на целосниот пакет батерии, кој може да содржи стотици или илјадници клетки. .

Модел на батерија со висока верност

Како прв чекор, истражувачите направија компјутерски модел со висока верност на однесувањето на батеријата кој точно ги претставува физичките и хемиските промени што се случуваат во батеријата за време на нејзиниот работен век.Некои од овие промени се одвиваат за неколку секунди или минути - други во текот на месеци или дури години.

„Според нашите сознанија, ниту една претходна студија не користела модел на батерии со висока верност и повеќевременски размери што го создадовме“, рече Онори, кој е директор на лабораторијата за енергетска контрола на Стенфорд.

Симулациите на моделот сугерираат дека модерен батериски пакет може да се оптимизира и контролира со прифаќање на разликите меѓу неговите составни ќелии.Онори и колегите замислуваат нивниот модел да се користи за да го води развојот на системи за управување со батерии во наредните години, кои лесно може да се применат во постоечки дизајни на возила.

Не се само електричните возила што имаат корист.Практично секоја апликација која „многу го нагласува батерискиот пакет“ може да биде добар кандидат за подобро управување информирано од новите резултати, рече Онори.Еден пример?Авиони слични на беспилотни летала со електрично вертикално полетување и слетување, понекогаш наречени eVTOL, кои некои претприемачи очекуваат да работат како воздушни такси и да обезбедуваат други услуги за урбана воздушна мобилност во следната деценија.Сепак, и други апликации за литиум-јонски батерии што се полнат, вклучуваат општа авијација и складирање на обновлива енергија во големи размери.

„Литиум-јонските батерии веќе го променија светот на толку многу начини“, рече Онори.„Важно е да добиеме колку што е можно повеќе од оваа трансформативна технологија и нејзините наследници кои доаѓаат“.