Taaslaetavate akude pika eluea saladus võib peituda erinevuste omaksvõtmises.Uued mudelid selle kohta, kuidas pakis olevad liitiumioonelemendid lagunevad, näitavad viisi, kuidas kohandada laadimist vastavalt iga elemendi võimsusele, et elektrisõidukite akud saaksid hakkama rohkema laadimistsüklitega ja vältida rikkeid.

Uuring, mis avaldati 5. novembril aastalIEEE tehingud juhtimissüsteemide tehnoloogiaga, näitab, kuidas pakendi igasse lahtrisse voolava elektrivoolu aktiivne haldamine, mitte ühtlase laengu edastamine, võib kulumist minimeerida.See lähenemisviis võimaldab tõhusalt igal rakul elada oma parimat ja pikemat elu.

Stanfordi professori ja vanemuuringu autori Simona Onori sõnul näitavad esialgsed simulatsioonid, et uue tehnoloogiaga hallatavad akud suudavad isegi sagedase kiirlaadimise korral toime tulla vähemalt 20% rohkema laadimis-tühjenemisega, mis koormab akut täiendavalt.

Enamik varasemaid jõupingutusi elektriautode akude eluea pikendamiseks on keskendunud üksikute elementide disaini, materjalide ja tootmise parandamisele, lähtudes eeldusest, et nagu keti lülid, on akupakett ainult nii hea, kui on selle nõrgim element.Uus uuring algab arusaamaga, et kuigi nõrgad lülid on vältimatud – tootmisvigade tõttu ja seetõttu, et mõned rakud lagunevad kiiremini kui teised, puutudes kokku selliste pingetega nagu kuumus –, ei pea nad kogu pakki alla viima.Peamine on kohandada laadimismäärad iga elemendi ainulaadsele võimsusele, et vältida rikkeid.

"Kui seda õigesti ei käsitleta, võivad rakkudevahelised heterogeensused kahjustada aku pikaealisust, tervist ja ohutust ning põhjustada aku varajase talitlushäire," ütles Onori, kes on Stanford Doerri energiateaduse inseneri dotsent. Jätkusuutlikkuse kool."Meie lähenemisviis võrdsustab energiat pakendi igas lahtris, viies kõik rakud tasakaalustatult lõplikku sihitud laadimisolekusse ja parandades paki pikaealisust."

Inspireeritud miljonimiilise aku ehitamiseks

Osa uue uurimistöö tõukejõust pärineb elektriautode ettevõtte Tesla 2020. aasta teatest miljonimiilise aku kallal töötamisest.See oleks aku, mis suudab toita autot 1 miljon miili või rohkem (tavalise laadimisega), enne kui see jõuab punktini, kus sarnaselt vana telefoni või sülearvuti liitiumioonakuga mahutab EV aku liiga vähe laengut, et see toimiks. .

Selline aku ületaks autotootjate tüüpilise kaheksa-aastase või 100 000 miili elektrisõidukite aku garantii.Kuigi akukomplektid kestavad tavaliselt garantiiaja kauem, võib tarbijate usaldus elektrisõidukite vastu suureneda, kui kallite akude vahetus muutub veelgi harvemaks.Aku, mis suudab pärast tuhandeid laadimisi endiselt laadida, võib hõlbustada ka kaugveoautode elektrifitseerimist ja nn sõidukist võrku süsteemide kasutuselevõttu, milles elektrisõidukite akud salvestaksid ja suunaksid taastuvenergiat elektrivõrku.

"Hiljem selgitati, et miljonimiilise aku kontseptsioon ei olnud tegelikult uus keemia, vaid lihtsalt viis aku käitamiseks, kuna see ei kasuta kogu laadimisvahemikku," ütles Onori.Seotud uuringud on keskendunud üksikutele liitiumioonelementidele, mis üldiselt ei kaota laadimisvõimsust nii kiiresti kui täis akud.

Huvitatud Onori ja kaks tema labori teadlast – järeldoktor Vahid Azimi ja doktorant Anirudh Allam – otsustasid uurida, kuidas olemasolevate akutüüpide leidlik haldamine võiks parandada sadu või tuhandeid elemente sisaldava täisaku toimivust ja kasutusiga. .

Kõrge täpsusega akumudel

Esimese sammuna koostasid teadlased aku käitumise ülitäpsusega arvutimudeli, mis kajastas täpselt aku sees selle tööea jooksul toimuvaid füüsilisi ja keemilisi muutusi.Mõned neist muutustest ilmnevad mõne sekundi või minutiga – teised kuude või isegi aastate jooksul.

"Meie teadmiste kohaselt ei ole üheski varasemas uuringus kasutatud meie loodud kõrge täpsusega mitme aja skaala akumudelit," ütles Stanfordi energiakontrolli labori direktor Onori.

Simulatsioonid mudeliga näitasid, et kaasaegset akut saab optimeerida ja juhtida, võttes arvesse selle koostiselementide erinevusi.Onori ja tema kolleegid näevad ette, et nende mudelit kasutatakse järgmistel aastatel akuhaldussüsteemide väljatöötamiseks, mida saab hõlpsasti olemasolevates sõidukite disainides kasutusele võtta.

Kasu pole ainult elektrisõidukitest.Onori ütles, et peaaegu iga rakendus, mis "koormab akut palju", võib olla hea kandidaat paremaks juhtimiseks, võttes arvesse uusi tulemusi.Üks näide?Droonitaolised elektrilise vertikaalse õhkutõusmise ja maandumisega lennukid, mida mõnikord nimetatakse eVTOL-iks ja mida mõned ettevõtjad loodavad järgmise kümnendi jooksul kasutada õhutaksodena ja pakkuda muid linnaõhuliikluse teenuseid.Siiski kutsuvad esile muud taaslaetavate liitiumioonakude rakendused, sealhulgas üldlennundus ja taastuvenergia suuremahuline salvestamine.

"Liitiumioonakud on maailma juba nii mitmel viisil muutnud," ütles Onori."On oluline, et me saaksime sellest transformatiivsest tehnoloogiast ja selle tulevastest järglastest võimalikult palju kasu."