Сакрэт доўгага тэрміну службы акумулятарных батарэй можа крыцца ў абдымках розніцы.Новае мадэляванне дэградацыі літый-іённых элементаў у пакеце паказвае спосаб адаптаваць зарадку да ёмістасці кожнай ячэйкі, каб акумулятары электрамабіляў маглі вытрымліваць больш цыклаў зарадкі і прадухіляць збой.

Даследаванне, апублікаванае 5 лістапада ўТранзакцыі IEEE па тэхналогіі сістэм кіравання, паказвае, як актыўнае кіраванне колькасцю электрычнага току, які паступае ў кожную ячэйку ў пакеце, а не раўнамерная падача зарада, можа звесці да мінімуму знос.Гэты падыход эфектыўна дазваляе кожнай клетцы пражыць лепшае - і самае доўгае - жыццё.

Па словах прафесара Стэнфарда і старэйшага аўтара даследавання Сімоны Оноры, першапачатковае мадэляванне паказвае, што акумулятары, якія кіруюцца новай тэхналогіяй, могуць вытрымаць прынамсі на 20% больш цыклаў зарадкі і разрадкі, нават пры частай хуткай зарадцы, якая стварае дадатковую нагрузку на батарэю.

Большасць папярэдніх намаганняў па падаўжэнні тэрміну службы акумулятара электрычнага аўтамабіля былі сканцэнтраваны на паляпшэнні канструкцыі, матэрыялаў і вытворчасці асобных элементаў, зыходзячы з таго, што, як звёны ў ланцугу, акумулятар настолькі добры, наколькі добры яго самы слабы элемент.Новае даследаванне пачынаецца з разумення таго, што, хоць слабыя звёны непазбежныя - з-за недасканаласці вытворчасці і таму, што некаторыя клеткі дэградуюць хутчэй, чым іншыя, калі яны падвяргаюцца нагрузкам, такім як цяпло, - ім не трэба выводзіць з ладу ўсю зграю.Галоўнае - адаптаваць хуткасць зарадкі да ўнікальнай ёмістасці кожнай ячэйкі, каб прадухіліць збой.

«Калі іх не вырашаць належным чынам, гетэрагеннасці паміж клеткамі могуць паставіць пад пагрозу даўгавечнасць, здароўе і бяспеку акумулятарнай батарэі і выклікаць раннюю няспраўнасць акумулятарнай батарэі», — сказаў Аноры, які з'яўляецца дацэнтам кафедры энергетыкі ў Стэнфардскім універсітэце Доер. Школа ўстойлівага развіцця.«Наш падыход выраўноўвае энергію ў кожнай клетцы пакета, даводзячы ўсе клеткі да канчатковага мэтавага стану зарада збалансаваным чынам і павялічваючы даўгавечнасць пакета».

Натхнёны стварыць акумулятар на мільёны міль

Часткова штуршок для новага даследавання ўзыходзіць да паведамлення Tesla, кампаніі па вытворчасці электрамабіляў, аб працы над «батарэяй на мільёны міль».Гэта быў бы акумулятар, здольны сілкаваць аўтамабіль на 1 мільён міль і больш (пры рэгулярнай зарадцы), перш чым дасягнуць кропкі, калі, як літый-іённы акумулятар у старым тэлефоне або ноўтбуку, акумулятар электрамабіля змяшчае занадта мала зарада, каб працаваць .

Такі акумулятар будзе перавышаць тыповую гарантыю аўтавытворцаў на акумулятары электрамабіляў у восем гадоў або 100 000 міль.Нягледзячы на ​​тое, што на акумулятарныя батарэі звычайна доўжыцца гарантыя, давер спажыўцоў да электрамабіляў можа падмацавацца, калі замена дарагіх акумулятарных блокаў стане яшчэ радзей.Акумулятар, які ўсё яшчэ можа трымаць зарад пасля тысяч перазарадак, таксама можа палегчыць шлях для электрыфікацыі грузавікоў для перавозак на далёкія адлегласці і для прыняцця так званых сістэм транспартнага сродку да сеткі, у якіх акумулятары электрамабіляў будуць захоўваць і адпраўляць аднаўляльную энергію для электрасеткі.

«Пазней было растлумачана, што канцэпцыя акумулятара на мільён міль не была новай хіміяй, а проста спосабам эксплуатацыі акумулятара, не прымушаючы яго выкарыстоўваць поўны дыяпазон зарада», — сказаў Аноры.Адпаведныя даследаванні сканцэнтраваны на асобных літый-іённых элементах, якія звычайна не губляюць ёмістасць зарада так хутка, як поўныя батарэі.

Заінтрыгаваная Аноры і два даследчыкі ў яе лабараторыі – дактарант Вахід Азімі і аспірант Аніруд Алам – вырашылі даследаваць, як вынаходлівае кіраванне існуючымі тыпамі батарэй можа палепшыць прадукцыйнасць і тэрмін службы поўнага акумулятарнага блока, які можа ўтрымліваць сотні ці тысячы элементаў. .

Мадэль батарэі высокай дакладнасці

У якасці першага кроку даследчыкі стварылі высокадакладную камп'ютэрную мадэль паводзін батарэі, якая дакладна адлюстроўвае фізічныя і хімічныя змены, якія адбываюцца ўнутры батарэі на працягу тэрміну яе эксплуатацыі.Некаторыя з гэтых змен адбываюцца за лічаныя секунды ці хвіліны - іншыя - за месяцы ці нават гады.

«Наколькі нам вядома, ні ў адным папярэднім даследаванні не выкарыстоўвалася створаная намі высокадакладная мадэль акумулятара з некалькімі часовымі шкаламі», — сказаў Аноры, дырэктар Стэнфардскай лабараторыі кантролю энергіі.

Правядзенне сімуляцый з мадэллю паказала, што сучасны акумулятар можна аптымізаваць і кіраваць ім, улічваючы адрозненні паміж элементамі, якія ўваходзяць у яго склад.Аноры і яго калегі мяркуюць, што іх мадэль будзе выкарыстоўвацца ў бліжэйшыя гады для распрацоўкі сістэм кіравання акумулятарамі, якія можна будзе лёгка разгарнуць у існуючых праектах аўтамабіляў.

Выгаду чакаюць не толькі электрамабілі.Практычна любое прыкладанне, якое «шмат напружвае акумулятар», можа стаць добрым кандыдатам для лепшага кіравання, улічваючы новыя вынікі, сказаў Аноры.Адзін прыклад?Падобныя на беспілотныя лятальныя апараты з электрычным вертыкальным узлётам і пасадкай, якія часам называюць eVTOL, некаторыя прадпрымальнікі плануюць працаваць як паветраныя таксі і прадастаўляць іншыя паслугі гарадской паветранай мабільнасці на працягу наступнага дзесяцігоддзя.Тым не менш, іншыя сферы прымянення літый-іённых акумулятараў вабяць, у тым ліку авіяцыя агульнага прызначэння і буйнамаштабнае захоўванне аднаўляльнай энергіі.

«Літый-іённыя акумулятары ўжо шмат у чым змянілі свет», — сказаў Аноры.«Важна, каб мы атрымалі як мага больш ад гэтай пераўтваральнай тэхналогіі і яе наступнікаў».