Die geheim van lang lewe vir herlaaibare batterye lê dalk in 'n omhelsing van verskil.Nuwe modellering van hoe litium-ioon-selle in 'n pak afbreek, toon 'n manier om laaiing aan te pas by elke sel se kapasiteit sodat EV-batterye meer laaisiklusse kan hanteer en mislukking kan voorkom.

Die navorsing, gepubliseer 5 November inIEEE Transaksies op Beheerstelseltegnologie, wys hoe aktief bestuur van die hoeveelheid elektriese stroom wat na elke sel in 'n pak vloei, eerder as om lading eenvormig te lewer, slytasie kan verminder.Die benadering laat elke sel effektief sy beste – en langste – lewe lei.

Volgens Stanford professor en senior studie skrywer Simona Onori, dui aanvanklike simulasies aan dat batterye wat met die nuwe tegnologie bestuur word, ten minste 20% meer laai-ontladingsiklusse kan hanteer, selfs met gereelde vinnige laai, wat ekstra spanning op die battery plaas.

Die meeste vorige pogings om elektriese motor se batterylewe te verleng het gefokus op die verbetering van die ontwerp, materiaal en vervaardiging van enkelselle, gebaseer op die uitgangspunt dat, soos skakels in 'n ketting, 'n batterypak net so goed soos sy swakste sel is.Die nuwe studie begin met 'n begrip dat hoewel swak skakels onvermydelik is - as gevolg van vervaardigingsonvolmaakthede en omdat sommige selle vinniger as ander afbreek as hulle aan spanning soos hitte blootgestel word - hulle nie die hele pak hoef af te bring nie.Die sleutel is om laaitariewe aan te pas by die unieke kapasiteit van elke sel om mislukking te voorkom.

"As dit nie behoorlik aangepak word nie, kan sel-tot-sel heterogeniteite die lang lewe, gesondheid en veiligheid van 'n batterypak in die gedrang bring en 'n vroeë batterypak wanfunksie veroorsaak," sê Onori, wat 'n assistent-professor in energiewetenskap-ingenieurswese aan die Stanford Doerr is. Skool vir Volhoubaarheid."Ons benadering maak die energie in elke sel in die pak gelyk, wat alle selle op 'n gebalanseerde wyse na die finale geteikende ladingstoestand bring en die langlewendheid van die pak verbeter."

Geïnspireer om 'n battery van miljoen myl te bou

Deel van die stukrag vir die nuwe navorsing spoor terug na 'n 2020-aankondiging deur Tesla, die elektriese motormaatskappy, van werk aan 'n "miljoen myl battery."Dit sal 'n battery wees wat 'n motor vir 1 miljoen myl of meer kan aandryf (met gereelde laai) voordat dit die punt bereik waar, soos die litiumioonbattery in 'n ou foon of skootrekenaar, die EV se battery te min lading hou om funksioneel te wees .

So 'n battery sal motorvervaardigers se tipiese waarborg vir elektriese voertuigbatterye van agt jaar of 100 000 myl oorskry.Al hou batterypakke gereeld langer as hul waarborg, kan verbruikersvertroue in elektriese voertuie versterk word as duur batterypakvervangings nog skaarser word.'n Battery wat steeds 'n lading kan hou na duisende herlaaiings kan ook die weg vergemaklik vir elektrifisering van langafstandvragmotors, en vir die aanvaarding van sogenaamde voertuig-tot-netwerkstelsels, waarin EV-batterye hernubare energie sal stoor en versend vir die kragnetwerk.

"Daar is later verduidelik dat die konsep van 'n miljoen myl battery nie regtig 'n nuwe chemie was nie, maar net 'n manier om die battery te laat werk deur dit nie die volle laaireeks te laat gebruik nie," het Onori gesê.Verwante navorsing het gesentreer op enkele litium-ioon-selle, wat oor die algemeen nie laaikapasiteit so vinnig verloor soos vol batterypakke nie.

Onori en twee navorsers in haar laboratorium – nadoktorale navorser Vahid Azimi en PhD-student Anirudh Allam – het geïnteresseerd besluit om te ondersoek hoe vindingryke bestuur van bestaande batterytipes werkverrigting en lewensduur van 'n volle batterypak kan verbeter, wat honderde of duisende selle kan bevat .

'n Hoëtrou-batterymodel

As 'n eerste stap het die navorsers 'n hoëtrou-rekenaarmodel van batterygedrag geskep wat die fisiese en chemiese veranderinge wat binne 'n battery plaasvind tydens sy operasionele lewe akkuraat verteenwoordig.Sommige van hierdie veranderinge ontvou in 'n kwessie van sekondes of minute - ander oor maande of selfs jare.

"Sover ons kennis strek, het geen vorige studie die soort hoëgetroue, multi-tydskaal batterymodel gebruik wat ons geskep het nie," sê Onori, wat direkteur van die Stanford Energy Control Lab is.

Die uitvoering van simulasies met die model het voorgestel dat 'n moderne batterypak geoptimaliseer en beheer kan word deur verskille tussen sy samestellende selle te omhels.Onori en kollegas beoog dat hul model gebruik word om die ontwikkeling van batterybestuurstelsels in die komende jare te lei wat maklik in bestaande voertuigontwerpe ontplooi kan word.

Dit is nie net elektriese voertuie wat baat vind nie.Feitlik enige toepassing wat "die batterypak baie beklemtoon" kan 'n goeie kandidaat wees vir beter bestuur, ingelig deur die nuwe resultate, het Onori gesê.Een voorbeeld?Hommeltuigagtige vliegtuie met elektriese vertikale opstyg en landing, soms genoem eVTOL, wat sommige entrepreneurs verwag om as lugtaxi's te bedryf en oor die volgende dekade ander stedelike lugmobiliteitsdienste te verskaf.Tog lok ander toepassings vir herlaaibare litiumioonbatterye, insluitend algemene lugvaart en grootskaalse berging van hernubare energie.

"Litium-ioonbatterye het reeds die wêreld op soveel maniere verander," het Onori gesê.“Dit is belangrik dat ons soveel as moontlik uit hierdie transformerende tegnologie en sy opvolgers kry wat kom.”