Багато елементів, з яких складається літієва батарея, не всі однакові; деякі деградують і помруть швидше за інших. Нове дослідження Стенфордського університету виявило, що вся батарея може працювати набагато довше, якщо кожна клітина отримує індивідуальну зарядку. Є багато причин, чому окремі клітини в зграї можуть стати слабшими за інші. Можливо, є відмінності у виробництві чи матеріалах. Можливо, деякі з них більше піддаються впливу джерел тепла, ніж інші, або розташовані в місцях, які важче охолодити. У будь-якому випадку, середня одинична батарея працює довше, ніж середня батарея, і саме ці слабкі елементи забирають із собою весь корабель.
«Якщо не впоратися належним чином, неоднорідності між клітинами можуть поставити під загрозу довговічність, здоров’я та безпеку акумуляторної батареї та спровокувати ранню несправність батареї», — каже Сімона Онорі, доцент кафедри енергетики в Стенфордській школі Доерр. сталого розвитку та автор нового дослідження, спрямованого на те, щоб літієві акумулятори довше залишалися корисними.
Події швидкого заряджання та розряджання є стресом для елементів батареї, і хоча вони розроблені, щоб зняти цей стрес, це моменти, коли слабші елементи страждають і руйнуються найшвидше. Тож команда Стенфордського університету задумалася, чи може стандартна техніка заряджання всіх елементів батареї з однаковою швидкістю прискорити її смерть.
Дослідники ретельно розробили комп’ютерну модель, щоб перевірити свою теорію протягом прискореного періоду часу, що призвело до того, що, на їхню думку, є безпрецедентним рівнем деталізації моделювання. Вони намагалися точно представити фізичний і хімічний стан батареї, а також зміни, які відбуваються у зв’язку з рядом навантажень протягом усього терміну служби, включаючи зміни, які відбуваються за секунди, аж до інших, які можуть зайняти місяців або років.
«Наскільки нам відомо, у жодному попередньому дослідженні не використовувалась така модель батареї з високою точністю, яку ми створили, — говорить Онорі.
Використовуючи цю модель, вони провели низку симуляцій, порівнюючи стандартний підхід заряджання за встановленою швидкістю з іншими підходами, у яких ємність кожної окремої клітини служила індикатором того, скільки заряду вона може прийняти. Теорія полягала в тому, що тільки найсильніші клітини повинні піддаватися найбільшому стресу; До клітин, які вже почали деградувати рано – з будь-якої причини – слід ставитися набагато обережніше, в надії запобігти їх остаточний занепад.
Команда виявила, що, встановлюючи індивідуальну швидкість заряджання кожного елемента, вони можуть мінімізувати підвищення температури та деградацію елемента, аж до точки, коли ці пакети можуть витримувати щонайменше на 20% більше циклів заряджання/розряджання, ніж акумулятор, який заряджається рівномірно – навіть при частому використанні швидка зарядка.
Недоліки тут досить очевидні; якщо ви швидко заряджаєте свій електромобіль або акумулятор телефону, ви хочете, щоб він заряджався якомога швидше, щоб ви могли повернутися до будь-якої справи, і в такій моделі, як ця, певна кількість елементів у вашому акумуляторі просто не буде заряджатися так швидко, як зазвичай. Якщо ви розглядаєте свої батареї як більш-менш одноразові предмети, а ваші автомобілі — як щось, що замінюють кожні кілька років, ви бачите, як багатьом споживачам було б байдуже, якщо вони прискорюють смерть своїх акумуляторних блоків. Це чиясь проблема.
З іншого боку, це не те, що ви зазвичай швидко заряджаєтеся до 100%, коли поспішаєте, і більшість елементів у більшості акумуляторів справні та здатні виконувати швидку зарядку. . Таким чином, різниця в стані заряду в кінці пів години на нагнітачі може не сильно відрізнятися в цій моделі заряджання, і якщо акумулятори можуть отримати довший термін служби, це краще для всіх, особливо з огляду на тиск літію це, за прогнозами, чинить тиск на зусилля з декарбонізації в найближчі десятиліття.
Дослідники кажуть, що їх модель зарядки може бути легко впроваджена в що існує конструкції електромобілів або використана для розробки систем керування акумуляторами наступного покоління. Вони також припускають, що ту саму модель можна застосувати до циклу розряду, вимагаючи менше від слабших елементів і більше від сильніших, щоб збільшити термін служби будь-якої батареї, яка піддається високим навантаженням. Дійсно, один з авторів дослідження зараз працює дослідником батарей у розробнику eVTOL Archer Aviation.
«Літій-іонні батареї вже багато в чому змінили світ», — каже Онорі. «Важливо, щоб ми отримали якомога більше від цієї трансформаційної технології та її майбутніх наступників». Джерело