Тайната на дългия живот на акумулаторните батерии може да се крие в прегръдката на различието.Ново моделиране на това как литиево-йонните клетки в пакет се разграждат, показва начин за адаптиране на зареждането към капацитета на всяка клетка, така че батериите за EV да могат да се справят с повече цикли на зареждане и да предотвратят повреда.

Изследването, публикувано на 5 ноември вТранзакции на IEEE относно технологията на системите за управление, показва как активното управление на количеството електрически ток, протичащ към всяка клетка в пакета, вместо равномерното доставяне на заряд, може да сведе до минимум износването.Подходът ефективно позволява на всяка клетка да изживее своя най-добър – и най-дълъг – живот.

Според професора от Станфорд и старши автор на изследването Симона Онори, първоначалните симулации показват, че батериите, управлявани с новата технология, могат да се справят с поне 20% повече цикли на зареждане-разреждане, дори при често бързо зареждане, което поставя допълнително напрежение върху батерията.

Повечето предишни усилия за удължаване на живота на батерията на електрическата кола се фокусираха върху подобряване на дизайна, материалите и производството на единични клетки, въз основа на предпоставката, че подобно на връзките във веригата, батерията е толкова добра, колкото и най-слабата й клетка.Новото проучване започва с разбирането, че въпреки че слабите връзки са неизбежни – поради производствени несъвършенства и защото някои клетки се разграждат по-бързо от други, тъй като са изложени на напрежения като топлина – не е необходимо те да свалят целия пакет.Ключът е да се адаптират скоростите на зареждане към уникалния капацитет на всяка клетка, за да се избегне повреда.

„Ако не се справят правилно, хетерогенностите между клетката могат да компрометират дълголетието, здравето и безопасността на батерията и да предизвикат ранна неизправност на батерията“, каза Онори, който е асистент професор по енергийно инженерство в Stanford Doerr Училище за устойчивост.„Нашият подход изравнява енергията във всяка клетка в пакета, като довежда всички клетки до крайното целево състояние на заряд по балансиран начин и подобрява дълголетието на пакета.“

Вдъхновен да създаде батерия за милиони мили

Част от импулса за новото изследване се връща към съобщението от 2020 г. на Tesla, компанията за електрически автомобили, за работа върху „батерия за милиони мили“.Това би била батерия, способна да захранва автомобил за 1 милион мили или повече (с редовно зареждане), преди да достигне точката, в която, подобно на литиево-йонната батерия в стар телефон или лаптоп, батерията на EV държи твърде малко заряд, за да бъде функционална .

Такава батерия би надхвърлила типичната гаранция на производителите на автомобили за батерии за електрически превозни средства от осем години или 100 000 мили.Въпреки че батерийните пакети рутинно надминават гаранцията си, доверието на потребителите в електрическите превозни средства може да бъде подсилено, ако скъпите батерийни пакети станат все по-редки.Батерия, която все още може да поддържа заряд след хиляди презареждания, също може да улесни пътя за електрификация на камиони за дълги разстояния и за приемане на така наречените системи превозно средство към мрежата, в които батериите за EV ще съхраняват и изпращат възобновяема енергия за електрическата мрежа.

„По-късно беше обяснено, че концепцията за батерия с милиони мили всъщност не е нова химия, а просто начин да работите с батерията, като не я карате да използва пълния обхват на зареждане“, каза Онори.Свързаните изследвания са съсредоточени върху единични литиево-йонни клетки, които обикновено не губят капацитет за зареждане толкова бързо, колкото пълните батерии.

Заинтригувани, Онори и двама изследователи в нейната лаборатория – постдокторантът Вахид Азими и докторантът Анируд Алам – решават да проучат как изобретателното управление на съществуващи типове батерии може да подобри производителността и експлоатационния живот на пълен батериен пакет, който може да съдържа стотици или хиляди клетки .

Модел с висококачествена батерия

Като първа стъпка, изследователите изработиха компютърен модел с висока точност на поведението на батерията, който точно представя физическите и химичните промени, които се случват вътре в батерията по време на нейния експлоатационен живот.Някои от тези промени се развиват за секунди или минути – други за месеци или дори години.

„Доколкото ни е известно, нито едно предишно проучване не е използвало модела на батерии с висока прецизност, много времева скала, който създадохме“, каза Онори, който е директор на Станфордската лаборатория за енергиен контрол.

Провеждането на симулации с модела предполага, че модерен пакет батерии може да бъде оптимизиран и контролиран чрез възприемане на разликите между съставните клетки.Онори и колегите си предвиждат техният модел да бъде използван за насочване на разработването на системи за управление на батерията през следващите години, които могат лесно да бъдат внедрени в съществуващи дизайни на превозни средства.

Не само електрическите превозни средства могат да се възползват.На практика всяко приложение, което „натоварва много батерията“, може да бъде добър кандидат за по-добро управление, информирано от новите резултати, каза Онори.Един пример?Подобен на дрон самолет с електрическо вертикално излитане и кацане, понякога наричан eVTOL, който някои предприемачи очакват да работи като въздушно такси и да предоставя други услуги за градска въздушна мобилност през следващото десетилетие.И все пак, други приложения за акумулаторни литиево-йонни батерии са привлекателни, включително общата авиация и широкомащабно съхранение на възобновяема енергия.

„Литиево-йонните батерии вече са променили света по толкова много начини“, каза Онори.„Важно е да извлечем възможно най-много от тази трансформираща технология и нейните наследници, които идват.“