Тајна дугог века пуњивих батерија можда лежи у загрљају разлика.Ново моделирање како литијум-јонске ћелије у пакету деградирају показују начин да се пуњење прилагоди капацитету сваке ћелије тако да ЕВ батерије могу да поднесу више циклуса пуњења и спрече квар.

Истраживање, објављено 5. новембра уИЕЕЕ Трансакције о технологији контролних система, показује како активно управљање количином електричне струје која тече ка свакој ћелији у пакету, уместо да равномерно испоручује пуњење, може да минимизира хабање.Приступ ефикасно омогућава свакој ћелији да живи свој најбољи – и најдужи – живот.

Према речима професора са Станфорда и старијег аутора студије Симоне Онори, почетне симулације сугеришу да батерије којима се управља помоћу нове технологије могу да поднесу најмање 20% више циклуса пуњења-пражњења, чак и уз често брзо пуњење, што додатно оптерећује батерију.

Већина претходних напора да се продужи животни век батерије електричних аутомобила фокусирали су се на побољшање дизајна, материјала и производње појединачних ћелија, на основу претпоставке да је, попут карика у ланцу, батерија само онолико добра колико је добра њена најслабија ћелија.Нова студија почиње са разумевањем да, иако су слабе карике неизбежне – због несавршености у производњи и зато што се неке ћелије разграђују брже од других док су изложене стресу попут топлоте – не морају да сруше цео пакет.Кључ је да се стопе пуњења прилагоде јединственом капацитету сваке ћелије како би се спречио квар.

„Ако се не позабаве на одговарајући начин, хетерогености од ћелије до ћелије могу угрозити дуговечност, здравље и безбедност батерије и изазвати рани квар батерије“, рекао је Онори, који је доцент за инжењерство науке о енергији на Станфорд Доерр-у. Школа одрживости.„Наш приступ изједначава енергију у свакој ћелији у паковању, доводећи све ћелије у коначно циљано стање напуњености на уравнотежен начин и побољшавајући дуговечност паковања.

Инспирисан да направи батерију од милион миља

Део подстицаја за ново истраживање потиче од најаве Тесле, компаније за електричне аутомобиле, 2020. о раду на „батерији од милион миља“.Ово би била батерија која може да напаја аутомобил 1 милион миља или више (са редовним пуњењем) пре него што дође до тачке у којој, попут литијум-јонске батерије у старом телефону или лаптопу, батерија ЕВ држи премало напуњености да би била функционална .

Таква батерија би премашила типичну гаранцију произвођача аутомобила за батерије електричних возила од осам година или 100.000 миља.Иако батеријски пакети рутински трају своју гаранцију, поверење потрошача у електрична возила могло би се ојачати ако скупе замене батерија постану још ређе.Батерија која још увек може да држи напуњеност након хиљада пуњења такође би могла да олакша пут за електрификацију камиона на дуге релације, као и за усвајање такозваних система од возила до мреже, у којима би ЕВ батерије похрањивале и слале обновљиву енергију за електричну мрежу.

„Касније је објашњено да концепт батерије од милион миља није заправо нова хемија, већ само начин да се управља батеријом тако што се не користи пуни опсег пуњења“, рекао је Онори.Сродна истраживања су се усредсредила на појединачне литијум-јонске ћелије, које генерално не губе капацитет пуњења тако брзо као пуне батерије.

Заинтригирани, Онори и два истраживача у њеној лабораторији – постдокторант Вахид Азими и докторанд Анирудх Аллам – одлучили су да истраже како инвентивно управљање постојећим типовима батерија може побољшати перформансе и век трајања пуне батерије, која може да садржи стотине или хиљаде ћелија. .

Модел батерије високе верности

Као први корак, истраживачи су направили компјутерски модел високе верности понашања батерије који је тачно представљао физичке и хемијске промене које се дешавају унутар батерије током њеног радног века.Неке од ових промена одвијају се за неколико секунди или минута - друге током месеци или чак година.

„Према нашим најбољим сазнањима, ниједна претходна студија није користила модел високе верности, мулти-временске батерије који смо креирали“, рекао је Онори, директор Лабораторије за контролу енергије у Станфорду.

Радне симулације са моделом сугеришу да се модерна батерија може оптимизовати и контролисати прихватањем разлика између његових саставних ћелија.Онори и његове колеге предвиђају да ће се њихов модел користити за усмеравање развоја система за управљање батеријама у наредним годинама који се могу лако применити у постојећим дизајнима возила.

Од користи нису само електрична возила.Практично свака апликација која „много оптерећује батерију“ могла би бити добар кандидат за боље управљање на основу нових резултата, рекао је Онори.Један пример?Авион налик дрону са електричним вертикалним полетањем и слетањем, који се понекад назива еВТОЛ, за који неки предузетници очекују да ће радити као ваздушни таксији и пружати друге услуге урбане ваздушне мобилности у наредној деценији.Ипак, друге апликације за пуњиве литијум-јонске батерије привлаче, укључујући општу авијацију и складиштење обновљиве енергије великих размера.

„Литијум-јонске батерије су већ промениле свет на много начина“, рекао је Онори.„Важно је да добијемо што је више могуће од ове трансформативне технологије и њених наследника који долазе.”