La sekreto de longa vivo por reŝargeblaj baterioj eble kuŝas en amplekso de diferenco. Nova modelado pri kiel litio-jonaj ĉeloj en pako degradiĝas montras manieron adapti ŝargadon al la kapacito de ĉiu ĉelo, por ke elektraj baterioj povu pritrakti pli da ŝargcikloj kaj eviti paneojn.

La esploro, publikigita la 5-an de novembro enIEEE-Transakcioj pri Kontrolsistemoj-Teknologio, montras kiel aktive administri la kvanton da elektra kurento fluanta al ĉiu ĉelo en pako, anstataŭ liveri ŝargon unuforme, povas minimumigi eluziĝon. La aliro efike permesas al ĉiu ĉelo vivi sian plej bonan - kaj plej longan - vivon.

Laŭ Stanforda profesorino kaj ĉefa aŭtoro de la studo, Simona Onori, komencaj simuladoj sugestas, ke baterioj administrataj per la nova teknologio povus pritrakti almenaŭ 20% pli da ŝargo-malŝargo-cikloj, eĉ kun ofta rapida ŝargado, kio metas ekstran ŝarĝon sur la baterion.

La plej multaj antaŭaj klopodoj por plilongigi la vivon de elektraj aŭtoj celis plibonigi la dezajnon, materialojn kaj fabrikadon de unuopaj ĉeloj, surbaze de la premiso, ke, kiel ĉenoj en ĉeno, bateriaro estas nur tiel bona, kiel ĝia plej malforta ĉelo. La nova studo komenciĝas per kompreno, ke kvankam malfortaj ĉeloj estas neeviteblaj - pro fabrikadaj neperfektaĵoj kaj ĉar iuj ĉeloj degradiĝas pli rapide ol aliaj, kiam ili estas eksponitaj al streĉoj kiel varmo - ili ne nepre difektas la tutan bateriaron. La ŝlosilo estas adapti la ŝargrapidecojn al la unika kapablo de ĉiu ĉelo por eviti paneon.

“Se ne ĝuste pritraktitaj, ĉel-al-ĉelaj diversecoj povas kompromiti la longvivecon, sanon kaj sekurecon de bateriaro kaj kaŭzi fruan paneon de la bateriaro,” diris Onori, kiu estas docento pri energi-scienca inĝenierado ĉe la Stanford Doerr Lernejo pri Daŭripovo. “Nia aliro egaligas la energion en ĉiu ĉelo en la bateriaro, alportante ĉiujn ĉelojn al la fina celita ŝargostato en ekvilibra maniero kaj plibonigante la longvivecon de la bateriaro.”

Inspirita por konstrui milion-mejlan baterion

Parto de la impeto por la nova esplorado spuriĝas al anonco en 2020 de Tesla, la elektra aŭtomobila kompanio, pri laboro pri "milion-mejla baterio". Ĉi tio estus baterio kapabla funkciigi aŭton dum 1 miliono da mejloj aŭ pli (kun regula ŝargado) antaŭ ol atingi la punkton kie, kiel la litio-jona baterio en malnova telefono aŭ tekokomputilo, la baterio de la elektra aŭtomobilo tenas tro malmulte da ŝargo por funkcii.

Tia baterio superus la tipan garantion de aŭtoproduktantoj por elektraj veturiloj, kiu estas ok jaroj aŭ 160 000 kilometroj. Kvankam bateriaj pakaĵoj rutine daŭras pli longe ol sia garantio, la konfido de konsumantoj je elektraj veturiloj povus esti plifortigita se multekostaj anstataŭigoj de bateriaj pakaĵoj fariĝus eĉ pli maloftaj. Baterio, kiu ankoraŭ povas teni ŝargon post miloj da reŝargoj, ankaŭ povus faciligi la vojon por elektrigado de longdistancaj kamionoj, kaj por la adopto de tiel nomataj veturilo-al-reto sistemoj, en kiuj elektraj veturiloj stokus kaj sendus renovigeblan energion por la elektra reto.

“Poste oni klarigis, ke la koncepto de milion-mejla baterio ne vere estis nova kemio, sed nur maniero funkciigi la baterion ne igante ĝin uzi la plenan ŝargan gamon,” diris Onori. Rilata esplorado centriĝis sur unuopaj litio-jonaj ĉeloj, kiuj ĝenerale ne perdas ŝargan kapaciton tiel rapide kiel plenaj baterioj.

Intrigite, Onori kaj du esploristoj en ŝia laboratorio - la postdoktora akademiulo Vahid Azimi kaj la doktoriĝanto Anirudh Allam - decidis esplori kiel inventema administrado de ekzistantaj bateriotipoj povus plibonigi la rendimenton kaj funkcidaŭron de plena bateriaro, kiu povas enhavi centojn aŭ milojn da ĉeloj.

Altfidela bateria modelo

Kiel unua paŝo, la esploristoj kreis altfidelan komputilan modelon de bateria konduto, kiu precize reprezentis la fizikajn kaj kemiajn ŝanĝojn, kiuj okazas ene de baterio dum ĝia funkcia vivo. Kelkaj el ĉi tiuj ŝanĝoj disvolviĝas post kelkaj sekundoj aŭ minutoj - aliaj dum monatoj aŭ eĉ jaroj.

“Laŭ nia scio, neniu antaŭa studo uzis la specon de altfidela, multtemposkala bateriomodelo, kiun ni kreis,” diris Onori, kiu estas direktoro de la Stanford Energy Control Lab.

Simulado per la modelo sugestis, ke moderna bateriaro povas esti optimumigita kaj kontrolita per ampleksado de diferencoj inter ĝiaj konsistigaj ĉeloj. Onori kaj kolegoj antaŭvidas, ke ilia modelo estos uzata por gvidi la disvolvon de bateriaj mastrumaj sistemoj en la venontaj jaroj, kiuj povas esti facile deplojitaj en ekzistantaj veturildezajnoj.

Ne nur elektraj veturiloj profitos. Preskaŭ ĉiu apliko, kiu "multe streĉas la bateriojn", povus esti bona kandidato por pli bona administrado informita de la novaj rezultoj, diris Onori. Unu ekzemplo? Virabelaj aviadiloj kun elektra vertikala deteriĝo kaj alteriĝo, foje nomataj eVTOL, kiujn iuj entreprenistoj atendas funkcii kiel aertaksioj kaj provizi aliajn urbajn aerajn moveblecajn servojn dum la venonta jardeko. Tamen, aliaj aplikoj por reŝargeblaj litio-jonaj baterioj allogas, inkluzive de ĝenerala aviado kaj grandskala stokado de renovigebla energio.

“Litio-jonaj baterioj jam ŝanĝis la mondon laŭ tiom da manieroj,” diris Onori. “Gravas, ke ni profitu kiel eble plej multe de ĉi tiu transforma teknologio kaj ĝiaj estontaj posteuloj.”