Tajna dugog vijeka trajanja punjivih baterija možda leži u zagrljaju različitosti.Novo modeliranje kako se litijum-jonske ćelije u paketu degradiraju pokazuju način da se punjenje prilagodi kapacitetu svake ćelije kako bi EV baterije mogle podnijeti više ciklusa punjenja i spriječiti kvar.

Istraživanje, objavljeno 5. novembra uIEEE Transakcije o tehnologiji kontrolnih sistema, pokazuje kako aktivno upravljanje količinom električne struje koja teče do svake ćelije u paketu, umjesto da ravnomjerno isporučuje punjenje, može smanjiti habanje i habanje.Ovaj pristup efikasno omogućava svakoj ćeliji da živi svoj najbolji – i najduži – život.

Prema riječima profesora sa Stanforda i starijeg autora studije Simone Onori, početne simulacije sugeriraju da baterije kojima se upravlja novom tehnologijom mogu podnijeti najmanje 20% više ciklusa punjenja-pražnjenja, čak i uz često brzo punjenje, što dodatno opterećuje bateriju.

Većina dosadašnjih napora da se produži vijek trajanja baterije električnih automobila fokusirali su se na poboljšanje dizajna, materijala i proizvodnje pojedinačnih ćelija, na osnovu pretpostavke da je, poput karika u lancu, baterijski paket dobar onoliko koliko je dobra njegova najslabija ćelija.Nova studija počinje sa shvaćanjem da, iako su slabe karike neizbježne – zbog nesavršenosti u proizvodnji i zato što se neke ćelije razgrađuju brže od drugih jer su izložene stresu poput topline – ne moraju srušiti cijeli paket.Ključno je prilagoditi stope punjenja jedinstvenom kapacitetu svake ćelije kako bi se spriječio kvar.

“Ako se ne pozabave pravilno, heterogenosti od ćelije do ćelije mogu ugroziti dugovječnost, zdravlje i sigurnost baterijskog paketa i dovesti do ranog kvara baterije”, rekao je Onori, koji je docent za inženjerstvo energetskih nauka na Stanford Doerr-u. Škola održivosti.“Naš pristup izjednačava energiju u svakoj ćeliji u pakiranju, dovodeći sve ćelije u konačno ciljano stanje napunjenosti na uravnotežen način i poboljšavajući dugovječnost pakiranja.”

Inspirisan da napravi bateriju od milion milja

Deo podsticaja za novo istraživanje potiče od najave Tesle, kompanije za električne automobile, 2020. o radu na „bateriji od milion milja“.Ovo bi bila baterija koja može napajati automobil 1 milion milja ili više (sa redovnim punjenjem) prije nego što dođe do tačke u kojoj, poput litijum-jonske baterije u starom telefonu ili laptopu, baterija EV-a drži premalo napunjenosti da bi bila funkcionalna .

Takva baterija bi premašila tipičnu garanciju proizvođača automobila za baterije električnih vozila od osam godina ili 100.000 milja.Iako baterijski paketi rutinski traju svoju garanciju, povjerenje potrošača u električna vozila moglo bi se ojačati ako skupe zamjene baterija postanu još rijeđe.Baterija koja i dalje može držati napunjenost nakon hiljada punjenja također bi mogla olakšati put za elektrifikaciju kamiona na duge relacije i za usvajanje tzv. električnu mrežu.

„Kasnije je objašnjeno da koncept baterije od milion milja nije zapravo nova hemija, već samo način da se upravlja baterijom tako što se ne koristi puni opseg punjenja“, rekao je Onori.Povezana istraživanja su se fokusirala na pojedinačne litijum-jonske ćelije, koje generalno ne gube kapacitet punjenja tako brzo kao pune baterije.

Zaintrigirani, Onori i dva istraživača u njenoj laboratoriji – postdoktorant Vahid Azimi i doktorand Anirudh Allam – odlučili su istražiti kako inventivno upravljanje postojećim tipovima baterija može poboljšati performanse i vijek trajanja pune baterije, koja može sadržavati stotine ili hiljade ćelija. .

Model baterije visoke vjernosti

Kao prvi korak, istraživači su napravili kompjuterski model visoke vjernosti ponašanja baterije koji je precizno predstavljao fizičke i kemijske promjene koje se dešavaju unutar baterije tokom njenog radnog vijeka.Neke od ovih promjena odvijaju se u roku od nekoliko sekundi ili minuta – druge u mjesecima ili čak godinama.

„Prema našim saznanjima, nijedna prethodna studija nije koristila model visoke vjernosti, multi-vremenske baterije koji smo kreirali,“ rekao je Onori, direktor Laboratorije za kontrolu energije u Stanfordu.

Radne simulacije s modelom sugerirale su da se moderni paket baterija može optimizirati i kontrolirati prihvaćanjem razlika između njegovih sastavnih ćelija.Onori i kolege predviđaju da će se njihov model koristiti za usmjeravanje razvoja sistema upravljanja baterijama u narednim godinama koji se mogu lako primijeniti u postojećim dizajnima vozila.

Nisu samo električna vozila ta koja imaju koristi.Praktično svaka aplikacija koja “mnogo opterećuje bateriju” mogla bi biti dobar kandidat za bolje upravljanje na osnovu novih rezultata, rekao je Onori.Jedan primjer?Zrakoplov nalik dronu sa električnim vertikalnim poletanjem i slijetanjem, koji se ponekad naziva eVTOL, za koji neki poduzetnici očekuju da će raditi kao zračni taksiji i pružati druge usluge urbane zračne mobilnosti u narednoj deceniji.Ipak, druge aplikacije za punjive litijum-jonske baterije privlače, uključujući opštu avijaciju i skladištenje obnovljive energije velikih razmera.

„Litijum-jonske baterije su već promenile svet na mnogo načina“, rekao je Onori.„Važno je da dobijemo što je više moguće od ove transformativne tehnologije i njenih nasljednika koji dolaze.”