Тајната на долгиот век на траење на батериите што можат да се полнат можеби лежи во прифаќањето на различноста. Новото моделирање на тоа како литиум-јонските ќелии во еден пакет се деградираат покажува начин за прилагодување на полнењето на капацитетот на секоја ќелија, така што батериите на електричните возила можат да издржат повеќе циклуси на полнење и да спречат дефекти.

Истражувањето, објавено на 5 ноември воIEEE трансакции за технологија на контролни системи, покажува како активното управување со количината на електрична струја што тече до секоја ќелија во пакетот, наместо рамномерно доставување на полнеж, може да го минимизира абењето. Пристапот ефикасно ѝ овозможува на секоја ќелија да го живее својот најдобар - и најдолг - век на траење.

Според професорката 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 претставува дополнителен товар за 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, врз основа на премисата дека, како алки во синџирот, батеријата е добра само колку што е добра нејзината најслаба ќелија. Новата студија започнува со разбирање дека иако слабите алки се неизбежни - поради несовршеностите во производството и затоа што некои ќелии се распаѓаат побрзо од другите бидејќи се изложени на стресови како топлина - тие не мора да го оштетат целиот пакет. Клучот е да се прилагодат стапките на полнење на уникатниот капацитет на секоја ќелија за да се спречи дефект.

„Доколку не се решат правилно, хетерогеностите од една до друга клетка можат да го загрозат долговечноста, здравјето и безбедноста на батеријата и да предизвикаат рано дефект на батеријата“, рече Онори, кој е доцент по инженерство на енергетски науки на Школата за одржливост „Стенфорд Доер“. „Нашиот пристап ја изедначува енергијата во секоја клетка во батеријата, доведувајќи ги сите клетки до конечната целна состојба на полнење на избалансиран начин и подобрувајќи го долговечноста на батеријата“.

Инспириран да изгради батерија од милион милји

Делумно поттикот за новото истражување датира од објавата од 2020 година на компанијата за електрични автомобили „Тесла“ за работа на „батерија од милион милји“. Ова би била батерија способна да напојува автомобил 1 милион милји или повеќе (со редовно полнење) пред да стигне до точката каде, како литиум-јонската батерија во стар телефон или лаптоп, батеријата на електричниот автомобил има премалку полнеж 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 батериите рутински траат подолго од нивната гаранција, довербата на потрошувачите во електричните возила би можела да се зајакне ако скапите замени на батерии станат уште поретки. Батерија што сè уште може да држи полнење по илјадници полнења би можела да го олесни патот за електрификација на камионите за долги релации и за усвојување на таканаречените системи „возило-мрежа“, во кои батериите на електричните возила би складирале и испраќале обновлива енергија за електричната мрежа.

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

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

Модел на батерија со висока верност

Како прв чекор, истражувачите изработија висококвалитетен компјутерски модел на однесувањето на батеријата кој точно ги претставуваше 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, ниедна претходна студија не го користела типот на високо-веродостоен, повеќевременски модел на батерии што го создадовме“, рече Онори, кој е директор на Лабораторијата за контрола на енергијата на Стенфорд.

Спроведувањето симулации со моделот сугерираше дека модерен батериски пакет може да се оптимизира и контролира со прифаќање на разликите меѓу неговите составни ќелии. Онори и колегите предвидуваат дека нивниот модел ќе се користи за водење на развојот на системи за управување со батерии во наредните години, кои лесно можат да се применат во постојните дизајни на возила.

Не се само електричните возила тие што имаат корист. Практично секоја апликација што „многу го оптоварува батерискиот пакет“ би можела 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, за кои некои претприемачи очекуваат да работат како воздушни такси и да обезбедат други услуги за урбана воздушна мобилност во текот на следната деценија. Сепак, други апликации за литиум-јонски батерии што можат да се полнат, вклучувајќи ја општата авијација и складирањето на обновлива енергија во голем обем.

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