მრავალჯერადი დატენვის ბატარეების საიდუმლო შეიძლება მდგომარეობდეს განსხვავებულობაში.ახალი მოდელირება იმის შესახებ, თუ როგორ ხდება ლითიუმ-იონური უჯრედების დეგრადაცია პაკეტში, აჩვენებს გზას, რათა მორგებული იყოს დატენვა თითოეული უჯრედის სიმძლავრეზე, რათა ელექტრომობილურმა ბატარეებმა შეძლონ უფრო მეტი დატენვის ციკლი და თავიდან აიცილონ უკმარისობა.

კვლევა, რომელიც გამოქვეყნდა 5 ნოემბერსIEEE ტრანზაქციები საკონტროლო სისტემების ტექნოლოგიაზე, გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლია შეფუთვაში თითოეულ უჯრედში გამავალი ელექტრული დენის რაოდენობის აქტიური მართვა, ვიდრე მუხტის ერთგვაროვანი მიწოდება, შეიძლება მინიმუმამდე დაიყვანოს ცვეთა და ცვეთა.მიდგომა ეფექტურად საშუალებას აძლევს თითოეულ უჯრედს იცხოვროს თავისი საუკეთესო და გრძელი სიცოცხლე.

სტენფორდის პროფესორის და კვლევის უფროსი ავტორის სიმონა ონორის თქმით, საწყისი სიმულაციები ვარაუდობენ, რომ ახალი ტექნოლოგიით მართულ ბატარეებს შეუძლიათ გაუმკლავდნენ მინიმუმ 20%-ით მეტ დამუხტვა-დამუხტვის ციკლს, თუნდაც ხშირი სწრაფი დატენვით, რაც დამატებით დატვირთვას აყენებს ბატარეას.

ელექტრული მანქანის ბატარეის მუშაობის გახანგრძლივების წინა მცდელობები ფოკუსირებული იყო დიზაინის, მასალების და ცალკეული უჯრედების წარმოების გაუმჯობესებაზე, იმის საფუძველზე, რომ, ჯაჭვის რგოლების მსგავსად, ბატარეის ნაკრები მხოლოდ ისეთივე კარგია, როგორც მისი ყველაზე სუსტი უჯრედი.ახალი კვლევა იწყება იმის გაგებით, რომ მიუხედავად იმისა, რომ სუსტი რგოლები გარდაუვალია - წარმოების არასრულყოფილების გამო და იმის გამო, რომ ზოგიერთი უჯრედი უფრო სწრაფად იშლება ვიდრე სხვები, რადგან ისინი ექვემდებარებიან სტრესებს, როგორიცაა სითბო - მათ არ სჭირდებათ მთელი შეკვრა.მთავარია დატენვის ტარიფების მორგება თითოეული უჯრედის უნიკალურ შესაძლებლობებზე, რათა თავიდან აიცილოთ წარუმატებლობა.

„თუ სათანადოდ არ მოგვარდება, უჯრედიდან უჯრედის ჰეტეროგენულობამ შეიძლება ზიანი მიაყენოს ბატარეის ხანგრძლივობას, ჯანმრთელობას და უსაფრთხოებას და გამოიწვიოს ბატარეის პაკეტის ადრეული გაუმართაობა“, - თქვა ონორმა, რომელიც არის სტენფორდ დოერის ენერგეტიკის ინჟინერიის ასისტენტ პროფესორი. მდგრადობის სკოლა.„ჩვენი მიდგომა ათანაბრდება შეფუთვის თითოეულ უჯრედში არსებულ ენერგიას, რაც ბალანსირებულად მიიყვანს ყველა უჯრედს საბოლოო მიზნობრივ მდგომარეობამდე და აუმჯობესებს პაკეტის ხანგრძლივობას.

შთაგონებულია მილიონი მილის ბატარეის შესაქმნელად

ახალი კვლევის სტიმულის ნაწილი ემყარება 2020 წლის განცხადებას ელექტრომობილების კომპანიის Tesla-ს მიერ „მილიონ მილის ბატარეაზე“ მუშაობის შესახებ.ეს იქნება ბატარეა, რომელსაც შეუძლია მანქანას 1 მილიონი მილის ან მეტი სიგრძის ენერგია მიაწოდოს (რეგულარული დატენვით), სანამ მიაღწევს იმ დონეს, სადაც ძველი ტელეფონის ან ლეპტოპის ლითიუმ-იონური ბატარეის მსგავსად, ელექტრომობილის ბატარეა ძალიან მცირე დამუხტვას ინარჩუნებს იმისთვის, რომ ფუნქციონირდეს. .

ასეთი ბატარეა აჭარბებს ავტომობილების მწარმოებლების ტიპურ გარანტიას ელექტრო ავტომობილების ბატარეებისთვის რვა წლის ან 100,000 მილის მანძილზე.მიუხედავად იმისა, რომ ბატარეის პაკეტები რეგულარულად აჭარბებენ გარანტიას, ელექტრო მანქანების მიმართ მომხმარებელთა ნდობა შეიძლება გაძლიერდეს, თუ ძვირადღირებული ბატარეის პაკეტის გამოცვლა კიდევ უფრო იშვიათი გახდება.ბატარეა, რომელიც კვლავ იტევს დატენვას ათასობით დატენვის შემდეგ, ასევე გაუადვილებს გზას გრძელვადიანი სატვირთო მანქანების ელექტრიფიკაციისთვის და ეგრეთ წოდებული სატრანსპორტო საშუალების ქსელში სისტემების დანერგვას, რომლებშიც ელექტრომომარაგების ბატარეები ინახავს და აგზავნის განახლებად ენერგიას. ელექტრო ქსელი.

”მოგვიანებით განმარტეს, რომ მილიონი მილის ბატარეის კონცეფცია ნამდვილად არ იყო ახალი ქიმია, არამედ მხოლოდ ბატარეის მუშაობის საშუალება, რათა არ გამოიყენოს იგი სრული დამუხტვის დიაპაზონში,” - თქვა ონორმა.მსგავსი კვლევა ორიენტირებულია ლითიუმ-იონურ უჯრედებზე, რომლებიც, როგორც წესი, არ კარგავენ დამუხტვის სიმძლავრეს ისე სწრაფად, როგორც სრული ბატარეის პაკეტები.

დაინტერესებულმა ონორმა და მისმა ლაბორატორიაში ორმა მკვლევარმა - დოქტორანტმა ვაჰიდ აზიმმა და დოქტორანტმა ანირუდ ალამმა - გადაწყვიტეს გამოეკვლიათ, თუ როგორ შეუძლია არსებული ბატარეის ტიპების გამომგონებლური მართვა გააუმჯობესოს სრული ბატარეის პაკეტის შესრულება და მომსახურების ვადა, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს ასობით ან ათასობით უჯრედს. .

მაღალი ხარისხის ბატარეის მოდელი

როგორც პირველი ნაბიჯი, მკვლევარებმა შექმნეს ბატარეის ქცევის მაღალი ერთგულების კომპიუტერული მოდელი, რომელიც ზუსტად ასახავდა ფიზიკურ და ქიმიურ ცვლილებებს, რომლებიც ხდება ბატარეის შიგნით მისი მუშაობის პერიოდში.ზოგიერთი ცვლილება ვლინდება რამდენიმე წამში ან წუთში - ზოგი თვეების ან წლების განმავლობაშიც კი.

„ჩვენი ცოდნის მიხედვით, არცერთ წინა კვლევაში არ გამოიყენებოდა ჩვენ მიერ შექმნილი მაღალი ერთგულების, მრავალჯერადი ბატარეის მოდელი“, თქვა ონორმა, რომელიც არის სტენფორდის ენერგიის კონტროლის ლაბორატორიის დირექტორი.

მოდელით გაშვებული სიმულაციები ვარაუდობს, რომ თანამედროვე ბატარეის პაკეტის ოპტიმიზაცია და კონტროლი შესაძლებელია მის შემადგენელ უჯრედებს შორის განსხვავებების გათვალისწინებით.ონორი და კოლეგები ფიქრობენ, რომ მათი მოდელი გამოიყენებოდეს მომავალი წლების განმავლობაში ბატარეის მართვის სისტემების განვითარებისთვის, რომელიც შეიძლება ადვილად განთავსდეს არსებული ავტომობილების დიზაინში.

ეს არ არის მხოლოდ ელექტრო მანქანები, რომლებიც სარგებლობენ.პრაქტიკულად ნებისმიერი აპლიკაცია, რომელიც „ბევრად ხაზს უსვამს ბატარეის პაკეტს“, შეიძლება იყოს კარგი კანდიდატი უკეთესი მენეჯმენტისთვის, რომელიც ინფორმირებულია ახალი შედეგებით, თქვა ონორმა.ერთი მაგალითი?დრონის მსგავსი თვითმფრინავი ელექტრული ვერტიკალური აფრენით და დაშვებით, რომელსაც ზოგჯერ უწოდებენ eVTOL, რომელსაც ზოგიერთი მეწარმე ელოდება, რომ იმუშავებს საჰაერო ტაქსით და უზრუნველყოფს სხვა ურბანული საჰაერო მობილობის სერვისებს მომდევნო ათწლეულის განმავლობაში.მიუხედავად ამისა, მრავალჯერადი დატენვის ლითიუმ-იონური ბატარეების სხვა აპლიკაციებია, მათ შორის ზოგადი ავიაცია და განახლებადი ენერგიის ფართომასშტაბიანი შენახვა.

„ლითიუმ-იონურმა ბატარეებმა უკვე შეცვალეს სამყარო მრავალი თვალსაზრისით“, - თქვა ონორმა.”მნიშვნელოვანია, რომ ჩვენ მივიღოთ რაც შეიძლება მეტი ამ ტრანსფორმაციული ტექნოლოგიიდან და მისი შემდგომი მემკვიდრეებიდან.”