Secretul unei durate lungi de viață pentru bateriile reîncărcabile poate sta într-o îmbrățișare a diferențelor.Noua modelare a modului în care celulele litiu-ion dintr-un pachet se degradează arată o modalitate de a adapta încărcarea la capacitatea fiecărei celule, astfel încât bateriile EV să poată face față mai multor cicluri de încărcare și să prevină defecțiunile.

Cercetarea, publicată pe 5 noiembrie înTranzacții IEEE privind tehnologia sistemelor de control, arată cât de activ gestionarea cantității de curent electric care curge către fiecare celulă dintr-un pachet, mai degrabă decât livrarea uniformă a încărcăturii, poate minimiza uzura.Abordarea permite în mod eficient fiecărei celule să trăiască cea mai bună – și cea mai lungă – viață.

Potrivit profesorului de la Stanford și autoare principală a studiului, Simona Onori, simulările inițiale sugerează că bateriile gestionate cu noua tehnologie ar putea face față cu cel puțin 20% mai multe cicluri de încărcare-descărcare, chiar și cu încărcare rapidă frecventă, ceea ce pune o presiune suplimentară asupra bateriei.

Majoritatea eforturilor anterioare de a prelungi durata de viață a bateriei de mașini electrice s-au concentrat pe îmbunătățirea designului, materialelor și producției de celule unice, pe baza premisei că, la fel ca verigile dintr-un lanț, un pachet de baterii este la fel de bun ca celula sa cea mai slabă.Noul studiu începe cu înțelegerea faptului că, deși legăturile slabe sunt inevitabile - din cauza imperfecțiunilor de fabricație și pentru că unele celule se degradează mai repede decât altele, deoarece sunt expuse la stres precum căldura - nu trebuie să doboare întregul pachet.Cheia este să adaptați ratele de încărcare la capacitatea unică a fiecărei celule pentru a preveni defecțiunile.

„Dacă nu sunt abordate în mod corespunzător, eterogenitățile de la celulă la celulă pot compromite longevitatea, sănătatea și siguranța unui pachet de baterii și pot induce o defecțiune timpurie a acumulatorului”, a spus Onori, care este profesor asistent de inginerie în știința energiei la Stanford Doerr. Scoala de Sustenabilitate.„Abordarea noastră egalizează energia din fiecare celulă din pachet, aducând toate celulele la starea finală de încărcare vizată într-un mod echilibrat și îmbunătățind longevitatea pachetului.”

Inspirat pentru a construi o baterie de un milion de mile

O parte din impulsul pentru noi cercetări provine de la un anunț din 2020 de către Tesla, compania de mașini electrice, despre lucrul la o „baterie de un milion de mile”.Aceasta ar fi o baterie capabilă să alimenteze o mașină timp de 1 milion de mile sau mai mult (cu încărcare obișnuită) înainte de a ajunge la punctul în care, la fel ca bateria litiu-ion dintr-un telefon sau laptop vechi, bateria EV are încărcare prea mică pentru a fi funcțională. .

O astfel de baterie ar depăși garanția tipică a producătorilor de automobile pentru bateriile de vehicule electrice de opt ani sau 160.000 de mile.Deși bateriile depășesc în mod obișnuit garanția lor, încrederea consumatorilor în vehiculele electrice ar putea fi întărită dacă înlocuirile costisitoare ale pachetului de baterii ar deveni și mai rare.O baterie care poate menține încărcarea după mii de reîncărcări ar putea, de asemenea, să ușureze calea pentru electrificarea camioanelor pe distanțe lungi și pentru adoptarea așa-numitelor sisteme de vehicul la rețea, în care bateriile EV ar stoca și expedia energie regenerabilă pentru rețeaua electrică.

„S-a explicat mai târziu că conceptul de baterie de un milion de mile nu a fost cu adevărat o chimie nouă, ci doar o modalitate de a opera bateria, fără a o face să utilizeze întreaga gamă de încărcare”, a spus Onori.Cercetările înrudite s-au concentrat pe celulele unice cu litiu-ion, care, în general, nu își pierd capacitatea de încărcare la fel de repede precum bateriile pline.

Intrigate, Onori și doi cercetători din laboratorul ei – cercetătorul postdoctoral Vahid Azimi și studentul doctorat Anirudh Allam – au decis să investigheze modul în care managementul inventiv al tipurilor de baterii existente ar putea îmbunătăți performanța și durata de viață a unui pachet complet de baterii, care poate conține sute sau mii de celule. .

Un model de baterie de înaltă fidelitate

Ca prim pas, cercetătorii au creat un model computerizat de înaltă fidelitate al comportamentului bateriei, care a reprezentat cu exactitate modificările fizice și chimice care au loc în interiorul unei baterii pe parcursul duratei sale de funcționare.Unele dintre aceste schimbări se desfășoară în câteva secunde sau minute – altele în luni sau chiar ani.

„Din câte știm, niciun studiu anterior nu a folosit tipul de model de baterie de înaltă fidelitate, multi-scale pe care l-am creat”, a spus Onori, care este directorul Stanford Energy Control Lab.

Executarea simulărilor cu modelul a sugerat că un acumulator modern poate fi optimizat și controlat prin includerea diferențelor dintre celulele sale constitutive.Onori și colegii își imaginează că modelul lor va fi folosit pentru a ghida dezvoltarea sistemelor de management al bateriei în următorii ani, care pot fi implementate cu ușurință în modelele de vehicule existente.

Nu doar vehiculele electrice ar putea beneficia.Practic, orice aplicație care „stresează foarte mult acumulatorul” ar putea fi un bun candidat pentru o gestionare mai bună informată de noile rezultate, a spus Onori.Un exemplu?Aeronavă asemănătoare dronei cu decolare și aterizare verticală electrică, uneori numită eVTOL, pe care unii antreprenori se așteaptă să le opereze ca taxiuri aeriene și să ofere alte servicii de mobilitate aeriană urbană în următorul deceniu.Totuși, alte aplicații pentru bateriile reîncărcabile cu litiu-ion sunt invitate, inclusiv aviația generală și stocarea pe scară largă a energiei regenerabile.

„Bateriile litiu-ion au schimbat deja lumea în atât de multe feluri”, a spus Onori.„Este important să obținem cât mai mult posibil din această tehnologie transformatoare și din urmașii ei.”