Az újratölthető akkumulátorok hosszú élettartamának titka a különbözőségek ölelésében rejlik.A csomagban lévő lítium-ion cellák leromlásának új modellezése módot mutat arra, hogy a töltést az egyes cellák kapacitásához igazítsák, így az elektromos járművek akkumulátorai több töltési ciklust képesek kezelni, és elkerülni a meghibásodást.

A kutatás, amely november 5-én jelent megIEEE-tranzakciók a vezérlőrendszer-technológián, megmutatja, hogy a csomagban lévő egyes cellákba áramló elektromos áram mennyiségének aktív kezelése az egyenletes töltés helyett hogyan csökkentheti a kopást és elhasználódást.A megközelítés hatékonyan lehetővé teszi minden sejt számára, hogy a legjobb – és leghosszabb – életét élje.

A Stanford professzora és a tanulmány vezető szerzője, Simona Onori szerint a kezdeti szimulációk azt sugallják, hogy az új technológiával kezelt akkumulátorok legalább 20%-kal több töltési-kisütési ciklust képesek kezelni, még gyakori gyorstöltés mellett is, ami extra terhelést jelent az akkumulátorra.

Az elektromos autók akkumulátorának élettartamának meghosszabbítására irányuló korábbi erőfeszítések többsége az egycellák tervezésének, anyagainak és gyártásának javítására irányult, azon az előfeltevésen alapulva, hogy a láncszemekhez hasonlóan az akkumulátorcsomag is csak olyan jó, mint a leggyengébb cellája.Az új tanulmány annak megértésével kezdődik, hogy bár a gyenge láncszemek elkerülhetetlenek – a gyártási tökéletlenségek miatt, valamint azért, mert egyes sejtek gyorsabban lebomlanak, mint mások, mivel olyan igénybevételnek vannak kitéve, mint a hő –, nem kell az egész csomagot lerombolniuk.A kulcs az, hogy a töltési sebességet az egyes cellák egyedi kapacitásához kell igazítani a meghibásodás elkerülése érdekében.

"Ha nem kezelik megfelelően, a cellák közötti heterogenitások veszélyeztethetik az akkumulátor hosszú élettartamát, egészségét és biztonságát, és korai akkumulátor-meghibásodáshoz vezethetnek" - mondta Onori, a Stanford Doerr energiatudományi mérnök adjunktusa. Fenntarthatóság Iskolája.„Megközelítésünk kiegyenlíti az energiát a csomag minden egyes cellájában, így az összes cellát kiegyensúlyozott módon a végső, célzott töltési állapotba hozza, és javítja a csomag élettartamát.”

Egy millió mérföldes akkumulátor megépítésére ihletett

Az új kutatás ösztönzésének egy része a Tesla, az elektromosautó-gyártó cég 2020-as bejelentésére vezethető vissza, hogy egy „millió mérföldes akkumulátoron” dolgozik.Ez egy olyan akkumulátor lenne, amely 1 millió mérföldet vagy többet képes ellátni egy autót (rendszeres töltéssel), mielőtt elérné azt a pontot, ahol a lítium-ion akkumulátorhoz hasonlóan egy régi telefonban vagy laptopban az elektromos autó akkumulátora túl kevés töltést bír ahhoz, hogy működőképes legyen. .

Egy ilyen akkumulátor meghaladná az autógyártók elektromos járművek akkumulátoraira vonatkozó tipikus nyolc éves vagy 100 000 mérföldes garanciáját.Bár az akkumulátorcsomagok rendszeresen túljárnak a szavatossági idejükön, a fogyasztók elektromos járművekbe vetett bizalma megerősödhet, ha a drága akkumulátorcsomag-csere egyre ritkább lesz.Egy olyan akkumulátor, amely több ezer újratöltés után is képes megtartani a töltést, megkönnyítheti a hosszú távú teherautók villamosítását és az úgynevezett jármű-hálózati rendszerek bevezetését, amelyekben az elektromos járművek akkumulátorai tárolnák és szállítanák a megújuló energiát az elektromos hálózat.

„Később elmagyarázták, hogy a millió mérföldes akkumulátor koncepció valójában nem egy új kémia, hanem csak egy módja annak, hogy az akkumulátort úgy működtessük, hogy nem használja ki a teljes töltési tartományt” – mondta Onori.A kapcsolódó kutatások az egyedi lítium-ion cellákra összpontosítottak, amelyek általában nem veszítik el olyan gyorsan a töltési kapacitást, mint a teljes akkumulátorcsomagok.

Onori és a laborjában dolgozó két kutató – Vahid Azimi posztdoktori és Anirudh Allam PhD-hallgató – felkeltette az érdeklődést, hogy megvizsgálják, hogyan javíthatja a meglévő akkumulátortípusok ötletes kezelése egy teljes akkumulátorcsomag teljesítményét és élettartamát, amely több száz vagy több ezer cellát tartalmazhat. .

Nagy felbontású akkumulátoros modell

Első lépésként a kutatók elkészítették az akkumulátor viselkedésének nagy pontosságú számítógépes modelljét, amely pontosan reprezentálja az akkumulátorban az élettartama során végbemenő fizikai és kémiai változásokat.E változások némelyike ​​pillanatok vagy percek alatt kibontakozik – mások hónapok vagy akár évek alatt.

"Legjobb tudomásunk szerint egyetlen korábbi tanulmány sem használt olyan nagy pontosságú, többidős akkumulátormodellt, mint amit mi alkottunk" - mondta Onori, a Stanford Energy Control Lab igazgatója.

A modellel végzett szimulációk azt sugallták, hogy egy modern akkumulátorcsomag optimalizálható és vezérelhető az alkotóelemek közötti különbségek figyelembevételével.Onori és munkatársai úgy képzelik el, hogy modelljüket az elkövetkező években olyan akkumulátor-kezelő rendszerek fejlesztésére fogják használni, amelyek könnyen beépíthetők a meglévő járműtervekbe.

Nem csak az elektromos járműveknek van előnye.Gyakorlatilag minden olyan alkalmazás, amely „nagyon megterheli az akkumulátorcsomagot”, jó jelölt lehet az új eredmények alapján jobb kezelésre, mondta Onori.Egy példa?Drónszerű repülőgépek elektromos függőleges fel- és leszállással, néha eVTOL-nak is nevezik, és egyes vállalkozók várhatóan légi taxiként fognak működni, és más városi légi mobilitási szolgáltatásokat fognak nyújtani a következő évtizedben.Ennek ellenére az újratölthető lítium-ion akkumulátorok más alkalmazásai is hívogatnak, beleértve az általános repülést és a megújuló energia nagyszabású tárolását.

„A lítium-ion akkumulátorok már eddig is olyan sok szempontból megváltoztatták a világot” – mondta Onori.„Fontos, hogy a lehető legtöbbet kihozzuk ebből az átalakuló technológiából és az elkövetkező utódaiból.”