Sekreti i jetëgjatësisë së baterive të rikarikueshme mund të qëndrojë në përqafimin e ndryshimit. Modelimi i ri se si degradojnë qelizat litium-jon në një paketë tregon një mënyrë për të përshtatur karikimin sipas kapacitetit të secilës qelizë, në mënyrë që bateritë e automjeteve elektrike të mund të përballojnë më shumë cikle karikimi dhe të parandalojnë dështimin.

Hulumtimi, i publikuar më 5 nëntor nëTransaksionet IEEE mbi Teknologjinë e Sistemeve të Kontrollit, tregon se si menaxhimi aktiv i sasisë së rrymës elektrike që rrjedh në secilën qelizë në një paketë, në vend të shpërndarjes së ngarkesës në mënyrë uniforme, mund të minimizojë konsumimin. Kjo qasje në mënyrë efektive i lejon secilës qelizë të jetojë jetën e saj më të mirë - dhe më të gjatë.

Sipas profesores së Stanfordit dhe autores kryesore të studimit, Simona Onori, simulimet fillestare sugjerojnë se bateritë e menaxhuara me teknologjinë e re mund të përballojnë të paktën 20% më shumë cikle karikimi-shkarkimi, madje edhe me karikim të shpejtë të shpeshtë, gjë që i vë baterisë një ngarkesë shtesë.

Shumica e përpjekjeve të mëparshme për të zgjatur jetëgjatësinë e baterisë së makinave elektrike janë përqendruar në përmirësimin e projektimit, materialeve dhe prodhimit të qelizave të vetme, bazuar në premisën se, ashtu si hallkat në një zinxhir, një paketë baterie është aq e mirë sa qeliza e saj më e dobët. Studimi i ri fillon me një kuptim se, ndërsa hallkat e dobëta janë të pashmangshme - për shkak të papërsosmërive të prodhimit dhe për shkak se disa qeliza degradohen më shpejt se të tjerat ndërsa ekspozohen ndaj streseve si nxehtësia - ato nuk kanë nevojë ta shkatërrojnë të gjithë paketën. Çelësi është të përshtaten shkallët e karikimit me kapacitetin unik të secilës qelizë për të shmangur dështimin.

“Nëse nuk trajtohen siç duhet, heterogjenitetet nga një qelizë në tjetrën 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 profesor asistent i inxhinierisë së shkencës së energjisë në Shkollën e Qëndrueshmërisë Stanford Doerr. “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.”

I frymëzuar për të ndërtuar një bateri prej një milion miljesh

Një pjesë e shtysës për hulumtimin e ri e ka origjinën te një njoftim i vitit 2020 nga Tesla, kompania e makinave elektrike, për punën në një "bateri prej një milion miljesh". Kjo do të ishte një bateri e aftë të furnizonte me energji një makinë për 1 milion milje ose më shumë (me karikim të rregullt) përpara se të arrinte në pikën ku, ashtu si bateria litium-jon në një telefon ose laptop të vjetër, bateria e automjetit elektrik 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 vitesh ose 100,000 miljesh. Megjithëse paketat e baterive zgjasin rregullisht më shumë se garancia e tyre, besimi i konsumatorit tek automjetet elektrike mund të forcohej nëse zëvendësimet e shtrenjta të paketave të baterive do të bëheshin edhe më të rralla. Një bateri që mund të mbajë ende një ngarkesë pas mijëra karikimeve mund të lehtësonte gjithashtu rrugën për elektrifikimin e kamionëve të udhëtimeve të gjata dhe për miratimin e të ashtuquajturave sisteme automjet-në-rrjet, në të cilat bateritë e automjeteve elektrike do të ruanin dhe shpërndanin energji të rinovueshme për rrjetin elektrik.

“Më vonë u shpjegua se koncepti i baterisë prej një milion miljesh nuk ishte realisht një kimi e re, por thjesht një mënyrë për ta operuar baterinë duke mos e detyruar atë të përdorë gamën e plotë të karikimit”, tha Onori. Hulumtimet e lidhura janë përqendruar në qelizat e vetme litium-jon, të cilat në përgjithësi nuk e humbasin kapacitetin e karikimit aq shpejt sa paketat e plota të baterive.

E intriguar, Onori dhe dy studiues në laboratorin e saj - studiuesi pasdoktoral Vahid Azimi dhe studenti i doktoraturës Anirudh Allam - vendosën të hetonin se si menaxhimi shpikës i llojeve ekzistuese të baterive mund të përmirësonte 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 besueshmëri të lartë të sjelljes së baterisë që përfaqësonte me saktësi ndryshimet fizike dhe kimike që ndodhin brenda një baterie gjatë jetëgjatësisë së saj operative. Disa nga këto ndryshime zhvillohen brenda sekondave ose minutave - të tjerat gjatë muajve ose edhe viteve.

"Me sa dimë, asnjë studim i mëparshëm nuk ka përdorur llojin e modelit të baterisë me besnikëri të lartë dhe shumë-kohëshe që krijuam", tha Onori, i cili është drejtor i Laboratorit të Kontrollit të Energjisë në Stanford.

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

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

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