Sekreti i jetëgjatësisë për bateritë e rikarikueshme mund të qëndrojë në një përqafim të ndryshimit.Modelimi i ri se si degradohen qelizat litium-jon në një paketë tregojnë një mënyrë për të përshtatur karikimin sipas kapacitetit të secilës qelizë, në mënyrë që bateritë EV të përballojnë më shumë cikle ngarkimi dhe të shmangin dështimin.

Hulumtimi, i botuar më 5 nëntor nëTransaksionet IEEE mbi Teknologjinë e Sistemeve të Kontrollit, tregon se si menaxhimi aktiv i sasisë së rrymës elektrike që rrjedh në çdo qelizë në një paketë, në vend që të dërgojë ngarkesë në mënyrë uniforme, mund të minimizojë konsumin.Qasja në mënyrë efektive lejon çdo qelizë të jetojë jetën e saj më të mirë dhe më të gjatë.

Sipas profesorit të Stanford dhe autores së lartë të studimit, Simona Onori, simulimet fillestare sugjerojnë se bateritë e menaxhuara me teknologjinë e re mund të përballojnë të paktën 20% më shumë cikle ngarkimi-shkarkimi, madje edhe me karikim të shpejtë të shpeshtë, gjë që ngarkon më shumë baterinë.

Shumica e përpjekjeve të mëparshme për të zgjatur jetëgjatësinë e baterisë së makinës elektrike janë fokusuar në përmirësimin e dizajnit, materialeve dhe prodhimit të qelizave të vetme, bazuar në premisën se, si hallkat në një zinxhir, një paketë baterie është po aq e mirë sa qeliza e saj më e dobët.Studimi i ri fillon me një kuptim se ndërsa lidhjet e dobëta janë të pashmangshme – për shkak të papërsosmërive të prodhimit dhe për shkak se disa qeliza degradohen më shpejt se të tjerat pasi janë të ekspozuara ndaj streseve si nxehtësia – ato nuk duhet të rrëzojnë të gjithë paketën.Çelësi është që të përshtaten tarifat e karikimit sipas kapacitetit unik të secilës qelizë për të shmangur dështimin.

"Nëse nuk trajtohen siç duhet, heterogjenitetet qelizë-qelizë mund të rrezikojnë jetëgjatësinë, shëndetin dhe sigurinë e një pakete baterie dhe të shkaktojnë një mosfunksionim të hershëm të paketës së baterisë," tha Onori, i cili është një asistent profesor i inxhinierisë së shkencës së energjisë në Stanford Doerr. Shkolla e Qëndrueshmërisë."Qasja jonë barazon energjinë në secilën qelizë në paketë, duke i sjellë të gjitha qelizat në gjendjen përfundimtare të synuar të ngarkimit në një mënyrë të ekuilibruar dhe duke përmirësuar jetëgjatësinë e paketës."

Frymëzuar për të ndërtuar një bateri prej milion miljesh

Një pjesë e shtysës për kërkimin e ri vjen nga një njoftim i vitit 2020 nga Tesla, kompania e makinave elektrike, për punën në një "bateri prej miliona miljesh".Kjo do të ishte një bateri e aftë për të fuqizuar një makinë për 1 milion milje ose më shumë (me karikim të rregullt) përpara se të arrijë pikën ku, si bateria litium-jon në një telefon ose laptop të vjetër, bateria e EV mban shumë pak ngarkesë për të qenë funksionale. .

Një bateri e tillë do të tejkalonte garancinë tipike të prodhuesve të automjeteve për bateritë e automjeteve elektrike prej tetë vjetësh ose 100,000 miljesh.Megjithëse paketat e baterive zakonisht zgjasin garancinë e tyre, besimi i konsumatorëve në automjetet elektrike mund të forcohet nëse zëvendësimet e shtrenjta të paketave të baterive bëhen akoma më të rralla.Një bateri që mund të mbajë ende një karikim pas mijëra rimbushjeve mund të lehtësojë gjithashtu rrugën për elektrifikimin e kamionëve me distanca të gjata dhe për adoptimin e të ashtuquajturave sisteme automjeti në rrjet, në të cilat bateritë EV do të ruanin dhe dërgonin energji të rinovueshme për rrjetin elektrik.

“Më vonë u shpjegua se koncepti i baterisë prej milion miljesh nuk ishte në të vërtetë një kimi e re, por thjesht një mënyrë për të operuar baterinë duke mos e bërë të përdorte gamën e plotë të karikimit,” tha Onori.Hulumtimi i lidhur është përqendruar në qelizat e vetme litium-jon, të cilat në përgjithësi nuk e humbin kapacitetin e karikimit aq shpejt sa paketat e plota të baterive.

Të intriguar, Onori dhe dy studiues në laboratorin e saj – studiuesi postdoktoral Vahid Azimi dhe studenti i doktoraturës Anirudh Allam – vendosën të hetojnë se si menaxhimi shpikës i llojeve ekzistuese të baterive mund të përmirësojë performancën dhe jetëgjatësinë e një pakete të plotë baterie, e cila mund të përmbajë qindra ose mijëra qeliza. .

Një model baterie me besueshmëri të lartë

Si hap i parë, studiuesit krijuan një model kompjuterik me besnikëri të lartë të sjelljes së baterisë që përfaqësonte me saktësi ndryshimet fizike dhe kimike që ndodhin brenda një baterie gjatë jetës së saj funksionale.Disa nga këto ndryshime shpalosen brenda pak sekondash ose minutash - të tjera gjatë muajve apo edhe viteve.

“Për aq sa dimë, asnjë studim i mëparshëm nuk ka përdorur llojin e modelit të baterisë me besueshmëri të lartë dhe me shumë shkallë që kemi krijuar”, tha Onori, i cili është drejtor i Laboratorit të Kontrollit të Energjisë në Stanford.

Simulimet e ekzekutimit me modelin sugjeruan që një paketë baterie moderne mund të optimizohet dhe kontrollohet duke përqafuar dallimet midis qelizave përbërëse të saj.Onori dhe kolegët parashikojnë që modeli i tyre të përdoret për të udhëhequr zhvillimin e sistemeve të menaxhimit të baterive në vitet e ardhshme që mund të vendosen lehtësisht në modelet ekzistuese të automjeteve.

Nuk janë vetëm automjetet elektrike ato që mund të përfitojnë.Pothuajse çdo aplikacion që "tenkon shumë paketën e baterisë" mund të jetë një kandidat i mirë për menaxhim më të mirë të informuar nga rezultatet e reja, tha Onori.Një shembull?Avionë të ngjashëm me dron me ngritje dhe ulje vertikale elektrike, ndonjëherë të quajtur eVTOL, të cilat disa sipërmarrës presin të operojnë si taksi ajrore dhe të ofrojnë shërbime të tjera të lëvizshmërisë ajrore urbane gjatë dekadës së ardhshme.Megjithatë, aplikacione të tjera për bateritë litium-jon të ringarkueshme, duke përfshirë aviacionin e përgjithshëm dhe ruajtjen në shkallë të gjerë të energjisë së rinovueshme.

“Bateritë litium-jon kanë ndryshuar tashmë botën në shumë mënyra,” tha Onori."Është e rëndësishme që ne të marrim sa më shumë që të jetë e mundur nga kjo teknologji transformuese dhe pasardhësit e saj që do të vijnë."