Uzlādējamo akumulatoru ilga mūža noslēpums var būt atšķirību apskāviens.Jaunā modelēšana par to, kā litija jonu elementi iepakojumā noārdās, parāda veidu, kā pielāgot uzlādi katras šūnas jaudai, lai EV akumulatori varētu izturēt vairāk uzlādes ciklu un novērst kļūmes.

Pētījums, kas publicēts 5. novembrīIEEE Transactions on Control Systems Technology, parāda, kā aktīva elektriskās strāvas daudzuma, kas plūst uz katru iepakojuma elementu, pārvaldīšana, nevis vienmērīga uzlādes nodrošināšana, var samazināt nolietojumu.Šī pieeja efektīvi ļauj katrai šūnai dzīvot vislabāko un ilgāko mūžu.

Saskaņā ar Stenfordas profesores un vecākā pētījuma autore Simona Onori teikto, sākotnējās simulācijas liecina, ka akumulatori, kas pārvaldīti ar jauno tehnoloģiju, varētu izturēt vismaz par 20% vairāk uzlādes un izlādes ciklu, pat ja bieži notiek ātra uzlāde, kas rada papildu slodzi akumulatoram.

Lielākā daļa iepriekšējo centienu pagarināt elektrisko automašīnu akumulatoru kalpošanas laiku ir vērsti uz atsevišķu elementu dizaina, materiālu un ražošanas uzlabošanu, pamatojoties uz pieņēmumu, ka akumulators, tāpat kā ķēdes posmi, ir tik labs, cik tas ir vājākais.Jaunais pētījums sākas ar izpratni, ka, lai gan vājās saites ir neizbēgamas — ražošanas nepilnību dēļ un tāpēc, ka dažas šūnas noārdās ātrāk nekā citas, jo tās tiek pakļautas slodzei, piemēram, karstumam, tām nav jāsamazina viss komplekts.Galvenais ir pielāgot uzlādes likmes katras šūnas unikālajai jaudai, lai novērstu kļūmes.

"Ja tas netiek pienācīgi novērsts, šūnu neviendabīgums var apdraudēt akumulatora ilgmūžību, veselību un drošību un izraisīt agrīnu akumulatora darbības traucējumu," sacīja Onori, kurš ir Stenfordas Doerras enerģētikas zinātnes inženierijas docents. Ilgtspējas skola."Mūsu pieeja izlīdzina enerģiju katrā iepakojuma šūnā, līdzsvarotā veidā nogādājot visas šūnas galīgajā mērķa uzlādes stāvoklī un uzlabojot iepakojuma ilgmūžību."

Iedvesmots izveidot miljonu jūdžu akumulatoru

Daļa no jaunās izpētes stimula izriet no elektrisko automašīnu kompānijas Tesla 2020. gada paziņojuma par darbu pie "miljonu jūdžu akumulatora".Tas būtu akumulators, kas spētu darbināt automašīnu 1 miljonu jūdžu vai vairāk (ar regulāru uzlādi), pirms tas sasniedz punktu, kurā, piemēram, litija jonu akumulators vecā tālrunī vai klēpjdatorā, elektromobiļa akumulators satur pārāk maz uzlādes, lai tas darbotos. .

Šāds akumulators pārsniegtu autoražotāju parasto elektrisko transportlīdzekļu akumulatoru garantiju astoņu gadu vai 100 000 jūdžu garumā.Lai gan akumulatoru komplekti parasti pārsniedz garantijas laiku, patērētāju uzticība elektriskajiem transportlīdzekļiem varētu palielināties, ja dārgu akumulatoru bloku nomaiņa kļūtu arvien retāka.Akumulators, kas joprojām spēj noturēt uzlādi pēc tūkstošiem uzlādēšanas, varētu arī atvieglot ceļu tālsatiksmes kravas automašīnu elektrifikācijai un tā saukto transportlīdzekļa-tīkla sistēmu ieviešanai, kurās EV akumulatori uzglabātu un nosūtītu atjaunojamo enerģiju. elektrotīkls.

"Vēlāk tika paskaidrots, ka miljonu jūdžu akumulatora koncepcija patiesībā nebija jauna ķīmija, bet tikai veids, kā darbināt akumulatoru, neliekot tam izmantot pilnu uzlādes diapazonu," sacīja Onori.Saistītie pētījumi ir vērsti uz atsevišķiem litija jonu elementiem, kas parasti nezaudē uzlādes jaudu tik ātri, kā to dara pilni akumulatori.

Ieinteresēti Onori un divi pētnieki viņas laboratorijā – pēcdoktorants Vahids Azimi un doktorants Aniruds Allam – nolēma izpētīt, kā esošo akumulatoru veidu izgudrojoša pārvaldība varētu uzlabot pilna akumulatora bloka veiktspēju un kalpošanas laiku, kurā var būt simtiem vai tūkstošiem šūnu. .

Augstas precizitātes akumulatora modelis

Kā pirmo soli pētnieki izstrādāja augstas precizitātes datora akumulatora darbības modeli, kas precīzi atspoguļoja fizikālās un ķīmiskās izmaiņas, kas notiek akumulatora iekšpusē tā darbības laikā.Dažas no šīm izmaiņām izvēršas dažu sekunžu vai minūšu laikā, citas - mēnešu vai pat gadu laikā.

"Cik mums ir zināms, nevienā iepriekšējā pētījumā nav izmantots tāda veida augstas precizitātes, vairāku laika skalu akumulatora modelis, ko mēs izveidojām," sacīja Onori, kurš ir Stenfordas enerģijas kontroles laboratorijas direktors.

Simulācijas ar modeli liecināja, ka modernu akumulatoru bloku var optimizēt un kontrolēt, ņemot vērā atšķirības starp tā elementiem.Onori un kolēģi paredz, ka viņu modelis turpmākajos gados tiks izmantots, lai vadītu akumulatoru pārvaldības sistēmu attīstību, kuras var viegli izmantot esošajos transportlīdzekļu projektos.

Ieguvumi ir ne tikai elektriskie transportlīdzekļi.Praktiski jebkura lietojumprogramma, kas "ļoti noslogo akumulatoru", varētu būt labs kandidāts labākai pārvaldībai, ņemot vērā jaunos rezultātus, sacīja Onori.Viens piemērs?Droniem līdzīgas lidmašīnas ar elektrisku vertikālu pacelšanos un nolaišanos, ko dažkārt sauc par eVTOL, ko daži uzņēmēji plāno izmantot kā gaisa taksometrus un nodrošināt citus pilsētas gaisa mobilitātes pakalpojumus nākamajā desmitgadē.Tomēr citi atkārtoti uzlādējamu litija jonu akumulatoru lietojumi aicina, tostarp vispārējā aviācija un liela mēroga atjaunojamās enerģijas uzglabāšana.

"Litija jonu akumulatori jau ir mainījuši pasauli tik daudzos veidos," sacīja Onori."Ir svarīgi, lai mēs iegūtu pēc iespējas vairāk no šīs pārveidojošās tehnoloģijas un tās nākamajiem pēctečiem."