Rahsia untuk jangka hayat bateri yang boleh dicas semula mungkin terletak pada rangkuman perbezaan.Pemodelan baharu tentang cara sel litium-ion dalam pek merosot menunjukkan cara untuk menyesuaikan pengecasan mengikut kapasiti setiap sel supaya bateri EV boleh mengendalikan lebih banyak kitaran pengecasan dan mengelakkan kegagalan.

Penyelidikan itu, diterbitkan pada 5 NovTransaksi IEEE pada Teknologi Sistem Kawalan, menunjukkan betapa aktif menguruskan jumlah arus elektrik yang mengalir ke setiap sel dalam pek, dan bukannya menghantar caj secara seragam, boleh meminimumkan haus dan lusuh.Pendekatan ini secara berkesan membolehkan setiap sel menjalani kehidupan yang terbaik – dan paling lama – hayatnya.

Menurut profesor Stanford dan pengarang kajian kanan Simona Onori, simulasi awal mencadangkan bateri yang diuruskan dengan teknologi baharu boleh mengendalikan sekurang-kurangnya 20% lebih kitaran caj-nyahcas, walaupun dengan pengecasan pantas yang kerap, yang memberi tekanan tambahan pada bateri.

Kebanyakan usaha sebelum ini untuk memanjangkan hayat bateri kereta elektrik telah menumpukan pada penambahbaikan reka bentuk, bahan dan pembuatan sel tunggal, berdasarkan premis bahawa, seperti pautan dalam rantai, pek bateri hanya sebaik sel yang paling lemah.Kajian baharu itu bermula dengan pemahaman bahawa walaupun hubungan yang lemah tidak dapat dielakkan – kerana ketidaksempurnaan pembuatan dan kerana sesetengah sel merosot lebih cepat daripada yang lain kerana terdedah kepada tekanan seperti haba – mereka tidak perlu menurunkan keseluruhan pek.Kuncinya adalah untuk menyesuaikan kadar pengecasan kepada kapasiti unik setiap sel untuk mengelakkan kegagalan.

"Jika tidak ditangani dengan betul, heterogeniti sel ke sel boleh menjejaskan umur panjang, kesihatan dan keselamatan pek bateri dan menyebabkan kerosakan pek bateri awal," kata Onori, yang merupakan penolong profesor kejuruteraan sains tenaga di Stanford Doerr Sekolah Kelestarian."Pendekatan kami menyamakan tenaga dalam setiap sel dalam pek, membawa semua sel ke keadaan cas sasaran akhir dengan cara yang seimbang dan meningkatkan jangka hayat pek."

Diilhamkan untuk membina bateri sejuta batu

Sebahagian daripada dorongan untuk penyelidikan baharu itu kembali kepada pengumuman 2020 oleh Tesla, syarikat kereta elektrik, mengenai kerja pada "bateri berjuta batu."Ini akan menjadi bateri yang mampu menghidupkan kereta sejauh 1 juta batu atau lebih (dengan pengecasan biasa) sebelum mencapai tahap di mana, seperti bateri litium-ion dalam telefon atau komputer riba lama, bateri EV memegang terlalu sedikit cas untuk berfungsi .

Bateri sedemikian akan melebihi jaminan tipikal pembuat kereta untuk bateri kenderaan elektrik selama lapan tahun atau 100,000 batu.Walaupun pek bateri secara rutin melebihi jaminan mereka, keyakinan pengguna terhadap kenderaan elektrik boleh diperkukuh jika penggantian pek bateri yang mahal semakin jarang berlaku.Bateri yang masih boleh menampung pengecasan selepas beribu-ribu pengecasan semula juga boleh memudahkan jalan untuk pengelektrikan trak jarak jauh, dan untuk penggunaan sistem kenderaan ke grid yang dipanggil, di mana bateri EV akan menyimpan dan menghantar tenaga boleh diperbaharui untuk grid kuasa.

"Ia kemudiannya dijelaskan bahawa konsep bateri berjuta-batu sebenarnya bukanlah satu kimia baru, tetapi hanya satu cara untuk mengendalikan bateri dengan tidak menjadikannya menggunakan julat cas penuh," kata Onori.Penyelidikan berkaitan tertumpu pada sel litium-ion tunggal, yang biasanya tidak kehilangan kapasiti pengecasan secepat pek bateri penuh.

Tertarik, Onori dan dua penyelidik di makmalnya - sarjana pasca doktoral Vahid Azimi dan pelajar PhD Anirudh Allam - memutuskan untuk menyiasat cara pengurusan inventif jenis bateri sedia ada boleh meningkatkan prestasi dan hayat perkhidmatan pek bateri penuh, yang mungkin mengandungi ratusan atau ribuan sel .

Model bateri kesetiaan tinggi

Sebagai langkah pertama, para penyelidik mencipta model komputer kesetiaan tinggi bagi tingkah laku bateri yang mewakili dengan tepat perubahan fizikal dan kimia yang berlaku di dalam bateri semasa hayat operasinya.Sebahagian daripada perubahan ini berlaku dalam masa beberapa saat atau minit - yang lain selama berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun.

"Setakat pengetahuan kami yang terbaik, tiada kajian terdahulu menggunakan jenis model bateri berbilang masa dengan ketepatan tinggi yang kami cipta," kata Onori, yang merupakan pengarah Makmal Kawalan Tenaga Stanford.

Menjalankan simulasi dengan model mencadangkan bahawa pek bateri moden boleh dioptimumkan dan dikawal dengan menerima perbezaan antara sel konstituennya.Onori dan rakan sekerja membayangkan model mereka digunakan untuk membimbing pembangunan sistem pengurusan bateri pada tahun-tahun akan datang yang boleh digunakan dengan mudah dalam reka bentuk kenderaan sedia ada.

Bukan hanya kenderaan elektrik yang mendapat manfaat.Hampir mana-mana aplikasi yang "sangat menekankan pek bateri" boleh menjadi calon yang baik untuk pengurusan yang lebih baik yang dimaklumkan oleh keputusan baharu, kata Onori.Satu contoh?Pesawat seperti drone dengan berlepas dan mendarat menegak elektrik, kadangkala dipanggil eVTOL, yang sesetengah usahawan menjangkakan untuk beroperasi sebagai teksi udara dan menyediakan perkhidmatan mobiliti udara bandar yang lain sepanjang dekad akan datang.Namun, aplikasi lain untuk bateri litium-ion boleh dicas semula menanti, termasuk penerbangan am dan penyimpanan tenaga boleh diperbaharui berskala besar.

"Bateri litium-ion telah mengubah dunia dalam banyak cara," kata Onori."Adalah penting untuk kita memperoleh sebanyak mungkin daripada teknologi transformatif ini dan penggantinya yang akan datang."