Şarj edilebilir pillerin uzun ömürlü olmasının sırrı farklılıklara kucak açmakta yatıyor olabilir.Bir paketteki lityum iyon hücrelerin nasıl bozulduğuna dair yeni modelleme, şarjı her bir hücrenin kapasitesine göre uyarlamanın bir yolunu gösteriyor, böylece EV pilleri daha fazla şarj döngüsüne dayanabilir ve arızaları önleyebilir.

5 Kasım'da yayınlanan araştırmaKontrol Sistemleri Teknolojisine İlişkin IEEE İşlemleri, yükü eşit bir şekilde iletmek yerine, bir paketteki her bir hücreye akan elektrik akımı miktarının aktif olarak yönetilmesinin, aşınma ve yıpranmayı nasıl en aza indirebileceğini gösterir.Yaklaşım, her hücrenin en iyi ve en uzun ömrünü etkili bir şekilde yaşamasına olanak tanır.

Stanford profesörü ve kıdemli araştırma yazarı Simona Onori'ye göre, ilk simülasyonlar, yeni teknolojiyle yönetilen pillerin, sık sık hızlı şarj olsa bile en az %20 daha fazla şarj-deşarj döngüsüne dayanabileceğini ve bunun da pil üzerinde ekstra yük oluşturduğunu gösteriyor.

Elektrikli otomobillerin akü ömrünü uzatmaya yönelik önceki çabaların çoğu, bir akü paketinin de tıpkı bir zincirdeki halkalar gibi yalnızca en zayıf hücresi kadar iyi olduğu önermesine dayanarak tek hücrelerin tasarımını, malzemelerini ve üretimini geliştirmeye odaklanmıştı.Yeni çalışma, imalat kusurları nedeniyle ve bazı hücrelerin ısı gibi streslere maruz kaldıklarında diğerlerinden daha hızlı bozunması nedeniyle zayıf halkaların kaçınılmaz olmasına rağmen, bunların tüm paketi çökertmesine gerek olmadığı anlayışıyla başlıyor.Anahtar, arızayı önlemek için şarj oranlarını her hücrenin benzersiz kapasitesine göre ayarlamaktır.

Stanford Doerr'da enerji bilimi mühendisliği yardımcı doçenti olan Onori, "Düzgün bir şekilde ele alınmazsa, hücreden hücreye heterojenlikler bir pil paketinin ömrünü, sağlığını ve güvenliğini tehlikeye atabilir ve pil paketinin erken arızalanmasına neden olabilir" dedi. Sürdürülebilirlik Okulu."Yaklaşımımız paketteki her bir hücredeki enerjiyi eşitleyerek tüm hücreleri dengeli bir şekilde nihai hedeflenen şarj durumuna getiriyor ve paketin ömrünü artırıyor."

Milyon millik bir batarya oluşturmak için ilham aldık

Yeni araştırmaya yönelik itici gücün bir kısmı, elektrikli otomobil şirketi Tesla'nın 2020 yılında "milyon kilometrelik bir pil" üzerinde çalışacağını duyurmasına kadar uzanıyor.Bu, eski bir telefon veya dizüstü bilgisayardaki lityum iyon pil gibi, EV'nin pilinin işlevsel olamayacak kadar az şarj tuttuğu noktaya ulaşmadan önce bir arabaya 1 milyon mil veya daha fazla (normal şarjla) güç sağlayabilecek bir pil olacaktır. .

Böyle bir pil, otomobil üreticilerinin elektrikli araç aküleri için tipik sekiz yıllık veya 100.000 mil garantisini aşacaktır.Pil paketleri rutin olarak garanti sürelerini aşsa da, pahalı pil paketi değişimleri daha da nadir hale gelirse tüketicilerin elektrikli araçlara olan güveni artabilir.Binlerce yeniden şarjdan sonra hala şarj tutabilen bir batarya, uzun mesafeli kamyonların elektrifikasyonunun ve EV bataryalarının yenilenebilir enerjiyi depolayacağı ve dağıtacağı sözde araçtan şebekeye sistemlerin benimsenmesine de zemin hazırlayabilir. güç şebekesi.

Onori, "Daha sonra milyon millik pil konseptinin aslında yeni bir kimya olmadığı, yalnızca pili tam şarj aralığını kullanmayarak çalıştırmanın bir yolu olduğu açıklandı" dedi.İlgili araştırmalar, şarj kapasitesini genellikle dolu pil paketleri kadar hızlı kaybetmeyen tekli lityum iyon hücrelere odaklandı.

İlgisini çeken Onori ve laboratuvarındaki iki araştırmacı (doktora sonrası araştırmacı Vahid Azimi ve doktora öğrencisi Anirudh Allam), mevcut pil türlerinin yaratıcı yönetiminin, yüzlerce veya binlerce hücre içerebilen dolu bir pil takımının performansını ve servis ömrünü nasıl iyileştirebileceğini araştırmaya karar verdi. .

Yüksek kaliteli pil modeli

İlk adım olarak araştırmacılar, pilin çalışma ömrü boyunca içinde meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişiklikleri doğru bir şekilde temsil eden, yüksek doğruluklu bir bilgisayar pil davranışı modeli hazırladılar.Bu değişikliklerin bazıları birkaç saniye veya dakika içinde, bazıları ise aylar hatta yıllar içinde ortaya çıkar.

Stanford Enerji Kontrol Laboratuvarı direktörü Onori, "Bildiğimiz kadarıyla, daha önce hiçbir çalışmada bizim yarattığımız türden yüksek kaliteli, çok zaman ölçekli pil modeli kullanılmadı" dedi.

Modelle yapılan simülasyonlar, modern bir pil paketinin, kendisini oluşturan hücreler arasındaki farklılıkları benimseyerek optimize edilebileceğini ve kontrol edilebileceğini gösterdi.Onori ve meslektaşları, modellerinin önümüzdeki yıllarda mevcut araç tasarımlarında kolayca uygulanabilecek pil yönetim sistemlerinin geliştirilmesine rehberlik etmek için kullanılacağını öngörüyorlar.

Faydalanacak olanlar sadece elektrikli araçlar değil.Onori, "pil paketini çok fazla zorlayan" hemen hemen her uygulamanın, yeni sonuçlarla daha iyi yönetim için iyi bir aday olabileceğini söyledi.Bir örnek?Bazen eVTOL olarak da adlandırılan, elektrikli dikey kalkış ve inişe sahip drone benzeri uçaklar, bazı girişimcilerin önümüzdeki on yıl içinde hava taksisi olarak çalışmasını ve diğer kentsel hava hareketlilik hizmetlerini sağlamasını bekliyor.Yine de, genel havacılık ve yenilenebilir enerjinin büyük ölçekli depolanması da dahil olmak üzere şarj edilebilir lityum iyon pillere yönelik diğer uygulamalar dikkat çekiyor.

Onori, "Lityum-iyon piller dünyayı pek çok açıdan değiştirdi" dedi."Bu dönüştürücü teknolojiden ve onun gelecek haleflerinden mümkün olduğunca fazlasını almamız önemli."