Każde ogniwo w pakiecie baterii jest inne i degraduje się w różnym tempie. Nowe badania wykazały, że ładowanie ich w inny sposób może znacznie przedłużyć żywotność całego pakietu.
Wiele ogniw składających się na akumulator litowy nie są równe – niektóre ulegną degradacji i umrą szybciej niż inne. Nowe badania ze Stanford wykazały, że cała bateria może działać znacznie dłużej, jeśli każda komórka zostanie poddana indywidualnemu ładowaniu. Istnieje wiele powodów, dla których poszczególne komórki w pakiecie mogą stać się słabsze od innych. Może istnieją różnice w produkcji lub materiałach. Być może niektóre są bardziej narażone na działanie źródeł ciepła niż inne lub znajdują się w miejscach trudniejszych do schłodzenia. Tak czy inaczej, przeciętne pojedyncze ogniwo baterii wytrzymuje dłużej niż przeciętny pakiet baterii i to te słabe ogniwa wpływają na cały akumulator.
Zobacz również: Papierowa bateria, może być ekologiczną alternatywą
Jeśli nie zostaną odpowiednio ułożone, heterogeniczność między komórkami może zagrozić trwałości, zdrowiu i bezpieczeństwu zestawu akumulatorów oraz wywołać wczesną awarię zestawu akumulatorów – mówi Simona Onori, adiunkt inżynierii energetycznej w Stanford Doerr School zrównoważonego rozwoju i autorka nowego badania mającego na celu utrzymanie przydatności akumulatorów litowych na dłużej.
Zdarzenia szybkiego ładowania i rozładowywania są stresujące dla ogniw baterii i chociaż są zaprojektowane tak, aby znosić ten stres – są to momenty, w których słabsze ogniwa cierpią i niszczą się najszybciej. Tak więc zespół ze Stanford zastanawiał się, czy standardowa technika ładowania wszystkich ogniw baterii w tym samym tempie może przyspieszać jej śmierć.
Naukowcy skrupulatnie zaprojektowali model komputerowy, aby przetestować swoją teorię w przyspieszonych ramach czasowych, czego wynikiem jest, jak sądzą, bezprecedensowy poziom szczegółowości symulacji. Podjęli próbę dokładnego odwzorowania fizycznego i chemicznego stanu baterii, a także zmian zachodzących w związku z szeregiem obciążeń w całym okresie jej eksploatacji, w tym zmian zachodzących w ciągu kilku sekund, aż do innych, które mogą trwać. miesiące lub lata.
Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, żadne wcześniejsze badanie nie wykorzystywało stworzonego przez nas modelu baterii o wysokiej wierności i wielu skalach czasowych – mówi Onori.
Korzystając z tego modelu, przeprowadzili szereg symulacji porównujących standardowe podejście do ładowania z ustaloną szybkością z innymi podejściami, w których pojemność każdej pojedynczej komórki służyła jako wskaźnik tego, ile może ona wytrzymać. Teoria głosiła, że tylko najsilniejsze komórki powinny być poddawane największym naprężeniom; komórki, które już zaczęły wcześnie ulegać degradacji – z jakiegokolwiek powodu – powinny być traktowane znacznie łagodniej, w nadziei powstrzymania ich ostatecznego upadku.
Zespół odkrył, że indywidualnie ustawiając szybkość ładowania każdej komórki, mogą zminimalizować wzrost temperatury i degradację ogniw do punktu, w którym pakiety te będą w stanie obsłużyć co najmniej 20% więcej cykli ładowania/rozładowania niż akumulator, który ładuje się równomiernie – nawet przy częstym szybkim ładowaniu.
Wady tutaj są dość oczywiste – jeśli szybko ładujesz akumulator samochodu elektrycznego lub telefonu, chcesz, aby ładował się tak szybko, jak to możliwe, aby móc wrócić do tego, co robisz, a w takim modelu pewna liczba ogniw w akumulatorze po prostu nie ładowałyby się tak szybko, jak normalnie. Jeśli postrzegasz swoje baterie jako mniej lub bardziej jednorazowe przedmioty, a samochody jako coś, co jest wymieniane co kilka lat, możesz zobaczyć, jak wielu konsumentów nie obchodziłoby, że przyspieszają śmierć swoich akumulatorów. To problem kogoś innego.
Z drugiej strony nie jest tak, że generalnie szybko ładujesz do 100%, gdy się spieszysz, a większość ogniw w większości akumulatorów jest w porządku i jest w stanie się szybko ładować. Tak więc różnica w stanie naładowania pod koniec pół godziny na superładowarce może nie różnić się znacząco w tym modelu ładowania, a jeśli baterie mogą mieć dłuższą żywotność, to lepiej dla wszystkich. Przewiduje się, że w nadchodzących dziesięcioleciach wywrze to presję na działania na rzecz dekarbonizacji.
Naukowcy twierdzą, że ich model ładowania można łatwo wdrożyć w istniejących projektach pojazdów elektrycznych lub wykorzystać do kierowania rozwojem systemów zarządzania akumulatorami nowej generacji. Sugerują również, że ten sam model można zastosować do cyklu rozładowania, wymagając mniej od słabszych ogniw, a więcej od silniejszych, o dalsze korzyści w zakresie żywotności dowolnego akumulatora, który jest poddawany dużym obciążeniom. Rzeczywiście, jeden z autorów badania pracuje obecnie jako badacz baterii w Archer Aviation, deweloperze eVTOL.
Akumulatory litowo-jonowe już zmieniły świat na wiele sposobów, mówi Onori. Ważne jest, abyśmy wydobyli jak najwięcej z tej transformacyjnej technologii i jej przyszłych następców.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie IEEE Transactions on Control Systems Technology.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Uniwersytet Stanforda
zdjęcie wykorzystane we wpisie od Depositphotos