Tajemství dlouhé životnosti dobíjecích baterií může spočívat v objetí odlišnosti.Nové modelování degradace lithium-iontových článků v sadě ukazuje způsob, jak přizpůsobit nabíjení kapacitě každého článku, aby baterie EV zvládly více nabíjecích cyklů a odvrátily selhání.

Výzkum, publikovaný 5. listopaduIEEE transakce na technologii řídicích systémů, ukazuje, jak aktivní řízení množství elektrického proudu tekoucího do každého článku v sadě namísto rovnoměrného nabíjení může minimalizovat opotřebení.Tento přístup efektivně umožňuje každé buňce žít svůj nejlepší – a nejdelší – život.

Podle profesorky ze Stanfordu a hlavní autorky studie Simony Onori, počáteční simulace naznačují, že baterie spravované pomocí nové technologie by mohly zvládnout nejméně o 20 % více cyklů nabití a vybití, a to i při častém rychlém nabíjení, které baterii navíc zatěžuje.

Většina dřívějších snah o prodloužení životnosti baterií pro elektromobily se soustředila na zlepšení designu, materiálů a výroby jednotlivých článků na základě předpokladu, že jako články řetězu je baterie tak dobrá, jak dobrý je její nejslabší článek.Nová studie začíná pochopením, že zatímco slabé články jsou nevyhnutelné – kvůli výrobním nedokonalostem a protože některé buňky degradují rychleji než jiné, protože jsou vystaveny stresu, jako je teplo – nemusí zničit celý balík.Klíčem je přizpůsobit rychlost nabíjení jedinečné kapacitě každého článku, aby se zabránilo selhání.

„Pokud se neřeší, heterogenita mezi buňkami může ohrozit životnost, zdraví a bezpečnost baterie a způsobit brzké selhání baterie,“ řekl Onori, který je odborným asistentem inženýrství energetických věd na Stanford Doerr. Škola udržitelnosti."Náš přístup vyrovnává energii v každé buňce v balení, přivádí všechny buňky do konečného cílového stavu nabití vyváženým způsobem a zlepšuje životnost balení."

Inspirováno vytvořením baterie na milion mil

Část podnětu k novému výzkumu sahá až k oznámení společnosti Tesla v roce 2020 o práci na „baterii na milion mil“.Jednalo by se o baterii schopnou napájet auto na 1 milion mil nebo více (při pravidelném nabíjení), než dosáhne bodu, kdy, jako lithium-iontová baterie ve starém telefonu nebo notebooku, baterie elektromobilu vydrží příliš málo nabitá na to, aby byla funkční. .

Taková baterie by překročila typickou záruku výrobců automobilů na baterie elektrických vozidel v délce osmi let nebo 100 000 mil.Ačkoli baterie běžně překračují svou záruku, důvěra spotřebitelů v elektrická vozidla by mohla být posílena, pokud by drahé výměny baterií byly stále vzácnější.Baterie, která je stále nabitá po tisících nabití, by také mohla usnadnit cestu k elektrifikaci nákladních vozidel na dlouhé vzdálenosti a k ​​přijetí takzvaných systémů Vehicle-to-grid, ve kterých by baterie EV ukládaly a odesílaly obnovitelnou energii. elektrické sítě.

„Později bylo vysvětleno, že koncept baterie na milion mil nebyl ve skutečnosti novou chemií, ale pouze způsobem, jak baterii provozovat tak, že nebude využívat plný rozsah nabití,“ řekl Onori.Související výzkumy se soustředily na jednotlivé lithium-iontové články, které obecně neztrácejí nabíjecí kapacitu tak rychle jako plné baterie.

Zaujatá Onori a dva výzkumníci v její laboratoři – postdoktorand Vahid Azimi a doktorandka Anirudh Allam – se rozhodli prozkoumat, jak by vynalézavé řízení stávajících typů baterií mohlo zlepšit výkon a životnost plné baterie, která může obsahovat stovky nebo tisíce článků. .

Model baterie s vysokou věrností

Jako první krok výzkumníci vytvořili vysoce věrný počítačový model chování baterie, který přesně znázorňuje fyzikální a chemické změny, ke kterým dochází uvnitř baterie během její provozní životnosti.Některé z těchto změn se rozvinou během několika sekund nebo minut – jiné během měsíců nebo dokonce let.

"Podle našich nejlepších znalostí žádná předchozí studie nepoužila druh vysoce věrného modelu baterie s více časovými měřítky, který jsme vytvořili," řekl Onori, který je ředitelem Stanford Energy Control Lab.

Provozní simulace s modelem naznačovaly, že moderní baterii lze optimalizovat a řídit tím, že zohlední rozdíly mezi jejími základními články.Onori a kolegové předpokládají, že jejich model bude v nadcházejících letech použit jako vodítko pro vývoj systémů správy baterií, které lze snadno nasadit do stávajících konstrukcí vozidel.

Nejsou to jen elektrická vozidla, která mohou těžit.Prakticky každá aplikace, která „hodně zatěžuje baterii“, by mohla být dobrým kandidátem na lepší správu informovanou o nových výsledcích, řekl Onori.Jeden příklad?Letadla podobná dronům s elektrickým vertikálním vzletem a přistáním, někdy nazývaná eVTOL, od nichž někteří podnikatelé očekávají, že budou v příštím desetiletí fungovat jako aerotaxi a poskytovat další služby městské letecké mobility.Přesto lákají další aplikace pro dobíjecí lithium-iontové baterie, včetně všeobecného letectví a velkokapacitního skladování obnovitelné energie.

"Lithium-iontové baterie již změnily svět v mnoha ohledech," řekl Onori."Je důležité, abychom z této transformační technologie a jejích budoucích nástupců vytěžili co nejvíce."