De Geheimnis vun enger laanger Liewensdauer vun nofëllbare Batterien kéint an der Ëmfaassung vun Ënnerscheeder leien. Nei Modeller vun der Degradatioun vun Lithium-Ionen-Zellen an engem Pack weisen eng Méiglechkeet, d'Ladeprozesser op d'Kapazitéit vun all Zell unzepassen, sou datt Elektroautobatterien méi Ladezyklen aushalen an Ausfäll verhënneren.

D'Fuerschung, déi de 5. November publizéiert gouf anIEEE Transaktiounen iwwer Kontrollsystemtechnologie, weist wéi d'aktiv Gestioun vun der Quantitéit vum elektresche Stroum, déi an all Zell an engem Pak fléisst, anstatt d'Ladung gläichméisseg ze liwweren, de Verschleiung miniméiere kann. Dës Approche erlaabt et effektiv all Zell, hir bescht - a längst - Liewensdauer ze hunn.

Laut der Stanford-Professorin a Senior-Autorin vun der Studie, Simona Onori, suggeréieren initial Simulatiounen, datt Batterien, déi mat der neier Technologie verwalt ginn, op d'mannst 20% méi Lade- an Entladezyklen aushalen kéinten, och bei heefege Schnellladungen, wat d'Batterie extra belaascht.

Déi meescht fréier Efforte fir d'Liewensdauer vun Elektroautobatterien ze verlängeren, hunn sech op d'Verbesserung vum Design, de Materialien an der Fabrikatioun vun eenzelnen Zellen konzentréiert, baséiert op der Viraussetzung, datt e Batteriepack, wéi Glieder an enger Kette, nëmme sou gutt ass wéi seng schwaachst Zell. Déi nei Studie fänkt mat engem Verständnis un, datt, obwuel schwaach Glieder inévitabel sinn - wéinst Fabrikatiounsfehler a well verschidde Zellen méi séier ofbauen wéi anerer, wa se Belaaschtungen wéi Hëtzt ausgesat sinn - si net de ganze Pack musse futti maachen. De Schlëssel ass d'Laderate un déi eenzegaarteg Kapazitéit vun all Zell unzepassen, fir Ausfäll ze vermeiden.

„Wann et net richteg ugepaakt gëtt, kënnen Heterogenitéiten tëscht Zellen d'Liewensdauer, d'Gesondheet an d'Sécherheet vun engem Batteriepack a Gefor bréngen an zu enger fréizäiteger Stéierung vum Batteriepack féieren“, sot den Onori, Assistent Professer fir Energiewëssenschaften op der Stanford Doerr School of Sustainability. „Eise Wee gläicht d'Energie an all Zell am Pack aus, bréngt all Zellen op eng ausgeglach Manéier an den endgültege gezielte Ladezoustand an verbessert d'Liewensdauer vum Pack.“

Inspiréiert fir eng Batterie mat enger Millioun Meilen Distanz ze bauen

En Deel vum Impuls fir déi nei Fuerschung geet zréck op eng Ukënnegung vun Tesla, dem Elektroauto-Konzern, am Joer 2020 iwwer d'Aarbecht un enger "Millioune-Meilen-Batterie". Dëst wier eng Batterie, déi en Auto fir 1 Millioun Meilen oder méi (mat reegelméisseger Opluedung) mat Stroum versuerge kann, ier de Punkt erreecht gëtt, wou, wéi d'Lithium-Ionen-Batterie an engem alen Telefon oder Laptop, d'Batterie vum Elektroauto ze wéineg Ladung hält fir funktionell ze sinn.

Sou eng Batterie géif déi typesch Garantie vun den Autoshersteller fir Elektroautobatterien vun aacht Joer oder 160.000 Kilometer iwwerschreiden. Och wann Batteriepacks reegelméisseg méi laang halen wéi hir Garantie, kéint d'Vertraue vun de Konsumenten an Elektroautoen gestäerkt ginn, wann deier Batterie-Ersatzspiller nach ëmmer rar ginn. Eng Batterie, déi och no Dausende vun Opluedungen nach ëmmer eng Ladung hale kann, kéint och de Wee fir d'Elektrifizéierung vu Fernstrecken-Camionen an d'Adoptioun vu sougenannte Vehicle-to-Grid-Systemer erliichteren, bei deenen EV-Batterien erneierbar Energie späicheren a fir d'Stroumnetz liwweren.

„Et gouf spéider erkläert, datt de Konzept vun enger Millioun-Meilen-Batterie net wierklech eng nei Chimie wier, mä just eng Manéier fir d'Batterie ze bedreiwen, andeems se net de vollen Opluedberäich notze léisst“, sot den Onori. Ähnlech Fuerschunge konzentréiere sech op eenzel Lithium-Ionen-Zellen, déi am Allgemengen net sou séier hir Opluedkapazitéit verléieren wéi voll Batterien.

Aus Interesse hunn d'Onori an zwee Fuerscher an hirem Laboratoire – de Postdoktorand Vahid Azimi an d'PhD-Studentin Anirudh Allam – decidéiert, z'ënnersichen, wéi eng innovativ Gestioun vun existente Batterietypen d'Leeschtung an d'Liewensdauer vun engem komplette Batteriepack, deen Honnerte oder Dausende vun Zellen enthalen kann, verbessere kéint.

E Modell mat héijer Batteriequalitéit

Als éischte Schrëtt hunn d'Fuerscher e Computermodell mat héijer Qualitéit vum Batterieverhalen entwéckelt, dat déi physikalesch a chemesch Verännerungen, déi an enger Batterie während hirer Liewensdauer optrieden, genee duergestallt huet. E puer vun dësen Ännerunge geschéien a Sekonnen oder Minutten - anerer iwwer Méint oder souguer Joeren.

„No eisem beschte Wëssen huet keng fréier Studie déi Zort vu Batteriemodell mat héijer Qualitéit a verschiddenen Zäitskalen benotzt, déi mir erstallt hunn“, sot den Onori, Direkter vum Stanford Energy Control Lab.

Simulatioune mam Modell hunn drop higewisen, datt e modernen Batteriepack optimiséiert a kontrolléiert ka ginn, andeems d'Ënnerscheeder tëscht senge Bestanddeeler berücksichtegt ginn. Den Onori a seng Kollegen stellen sech vir, datt hire Modell an de kommende Jore benotzt gëtt, fir d'Entwécklung vu Batteriemanagementsystemer ze leeden, déi einfach an existente Gefierdesignen agesat kënne ginn.

Et sinn net nëmmen Elektroautoen, déi dovunner profitéieren. Praktesch all Applikatioun, déi "d'Batterie vill belaascht", kéint e gudde Kandidat fir e besser Management sinn, baséiert op den neie Resultater, sot den Onori. Ee Beispill? Drohnenähnlech Fligeren mat elektreschem vertikalem Start a Landung, heiansdo eVTOL genannt, vun deenen e puer Entrepreneuren erwaarden, datt se an den nächsten zéng Joer als Lofttaxie funktionéieren an aner urban Loftmobilitéitsdéngschter ubidden. Awer aner Applikatioune fir nofëllbar Lithium-Ionen-Batterien locken och, dorënner d'Allgemeng Loftfaart an d'Groussspäicherung vun erneierbaren Energien.

„Lithium-Ionen-Batterien hunn d'Welt schonn a sou villen Hisiichten verännert“, sot den Onori. „Et ass wichteg, datt mir sou vill wéi méiglech aus dëser transformativer Technologie an hiren zukünftegen Nofolger erausholen.“