Qayta zaryadlanuvchi batareyalarning uzoq umr ko'rish siri farqlarni qabul qilishda bo'lishi mumkin. Paketdagi lityum-ion batareyalarining qanday yomonlashishini yangi modellashtirish har bir batareyaning quvvatiga mos ravishda zaryadlashni sozlash usulini ko'rsatadi, shunda elektr batareyalari ko'proq zaryadlash sikllarini bajara oladi va ishlamay qolishining oldini oladi.

Tadqiqot 5-noyabr kuni nashr etilganIEEE boshqaruv tizimlari texnologiyasi bo'yicha tranzaksiyalar, zaryadni bir xilda yetkazib berish o'rniga, paketdagi har bir elementga oqayotgan elektr toki miqdorini faol boshqarish aşınma va yirtilishlarni qanday minimallashtirishi mumkinligini ko'rsatadi. Ushbu yondashuv har bir elementning eng yaxshi va eng uzoq umr ko'rishiga imkon beradi.

Stenford professori va katta tadqiqot muallifi Simona Onorining so'zlariga ko'ra, dastlabki simulyatsiyalar shuni ko'rsatadiki, yangi texnologiya bilan boshqariladigan batareyalar, hatto tez-tez zaryadlashda ham, kamida 20% ko'proq zaryadsizlanish sikllariga bardosh bera oladi, bu esa batareyaga qo'shimcha yuk keltiradi.

Elektromobil akkumulyatorlarining ishlash muddatini uzaytirishga qaratilgan avvalgi sa'y-harakatlarning aksariyati bitta batareyalarning dizaynini, materiallarini va ishlab chiqarishni takomillashtirishga qaratilgan bo'lib, zanjirdagi bo'g'inlar singari, akkumulyator bloki ham eng zaif batareyasi kabi yaxshi degan fikrga asoslanadi. Yangi tadqiqot zaif bo'g'inlar muqarrar bo'lsa-da - ishlab chiqarishdagi kamchiliklar va ba'zi batareyalar issiqlik kabi stresslarga duchor bo'lganda boshqalarga qaraganda tezroq parchalanishi sababli - ular butun batareyani ishdan chiqarishi shart emasligini tushunishdan boshlanadi. Asosiysi, ishdan chiqishning oldini olish uchun zaryadlash tezligini har bir batareyaning noyob quvvatiga moslashtirishdir.

“Agar to'g'ri hal qilinmasa, hujayralararo heterojenliklar batareya blokining uzoq umr ko'rishi, sog'lig'i va xavfsizligiga putur yetkazishi va batareya blokining erta ishlamay qolishiga olib kelishi mumkin”, dedi Stenford Doerr Barqarorlik Maktabining energiya fanlari muhandisligi bo'yicha dotsenti Onori. “Bizning yondashuvimiz batareya blokidagi har bir hujayradagi energiyani tenglashtiradi, barcha hujayralarni muvozanatli tarzda yakuniy maqsadli zaryad holatiga keltiradi va batareya blokining uzoq umr ko'rishini yaxshilaydi.”

Millionlab milya masofaga batareya yaratishga ilhomlantirildi

Yangi tadqiqotga turtki bo'lgan omillarning bir qismi 2020-yilda elektromobil kompaniyasi Tesla tomonidan "million milya batareya" ustida ishlash to'g'risida e'lon qilinganidan keyin paydo bo'ldi. Bu batareya avtomobilni 1 million milya yoki undan ko'proq masofaga (muntazam zaryadlash bilan) quvvatlantirishga qodir bo'ladi, keyin esa eski telefon yoki noutbukdagi lityum-ion batareyasi kabi, elektromobil batareyasi ham ishlay olmaydigan darajada kam zaryadga ega bo'ladi.

Bunday batareya avtomobil ishlab chiqaruvchilarning elektromobil akkumulyatorlari uchun odatiy kafolatidan sakkiz yil yoki 100 000 milya uzoqroq muddatga mo'ljallangan kafolatidan oshib ketadi. Batareyalar bloklari odatda kafolat muddatidan uzoqroq xizmat qilsa-da, agar qimmatbaho batareya bloklarini almashtirish yanada kamdan-kam uchraydigan bo'lsa, iste'molchilarning elektr transport vositalariga bo'lgan ishonchi ortishi mumkin. Minglab qayta zaryadlashdan keyin ham zaryadni ushlab tura oladigan batareya uzoq masofali yuk mashinalarini elektrlashtirish va elektr transport vositalari akkumulyatorlari elektr tarmog'i uchun qayta tiklanadigan energiyani saqlaydigan va uzatadigan "transport vositasidan tarmoqqa" tizimlarini joriy etishni osonlashtirishi mumkin.

“Keyinchalik million milyalik batareya kontseptsiyasi aslida yangi kimyo emasligi, balki batareyani to'liq zaryadlash diapazonidan foydalanmaslik orqali uni boshqarish usuli ekanligi tushuntirildi”, dedi Onori. Tegishli tadqiqotlar odatda to'liq batareyalar kabi zaryadlash qobiliyatini tez yo'qotmaydigan bitta lityum-ion batareyalarga qaratilgan.

Qiziquvchan Onori va uning laboratoriyasidagi ikki tadqiqotchi - doktoranturadan keyingi olim Vahid Azimi va doktorant Anirudh Allam - mavjud batareya turlarini ixtirochilik bilan boshqarish yuzlab yoki minglab elementni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan to'liq batareya blokining ishlashi va xizmat muddatini qanday yaxshilashi mumkinligini o'rganishga qaror qilishdi.

Yuqori aniqlikdagi batareya modeli

Dastlabki qadam sifatida, tadqiqotchilar batareyaning ishlash muddati davomida uning ichida sodir bo'ladigan fizik va kimyoviy o'zgarishlarni aniq aks ettiruvchi yuqori aniqlikdagi kompyuter modelini yaratdilar. Bu o'zgarishlarning ba'zilari bir necha soniya yoki daqiqada, boshqalari esa oylar yoki hatto yillar davomida rivojlanadi.

"Bizning ma'lumotimizga ko'ra, avvalgi hech bir tadqiqotda biz yaratgan yuqori aniqlikdagi, ko'p vaqtli batareya modeli qo'llanilmagan", dedi Stenford Energiyani Nazorat qilish Laboratoriyasi direktori Onori.

Model bilan simulyatsiyalarni ishga tushirish shuni ko'rsatdiki, zamonaviy batareya blokini uning tarkibiy qismlari orasidagi farqlarni qabul qilish orqali optimallashtirish va boshqarish mumkin. Onori va hamkasblari o'z modellaridan kelgusi yillarda mavjud avtomobil dizaynlarida osongina qo'llanilishi mumkin bo'lgan batareya boshqaruv tizimlarini ishlab chiqishda foydalanishni tasavvur qilishadi.

Faqat elektr transport vositalari foyda ko'rmaydi. Onorining so'zlariga ko'ra, "batareya batareyasiga juda ko'p yuk tushadigan" deyarli har qanday dastur yangi natijalardan kelib chiqadigan yaxshiroq boshqaruv uchun yaxshi nomzod bo'lishi mumkin. Bunga bitta misol bormi? Ba'zan eVTOL deb ataladigan, elektr vertikal uchish va qo'nishga ega dronga o'xshash samolyotlar, ba'zan ba'zi tadbirkorlar keyingi o'n yillikda havo taksisi sifatida ishlashini va boshqa shahar havo harakati xizmatlarini taqdim etishini kutmoqdalar. Shunga qaramay, qayta zaryadlanuvchi lityum-ion batareyalar uchun boshqa dasturlar, jumladan, umumiy aviatsiya va qayta tiklanadigan energiyani keng ko'lamli saqlash ham o'z ichiga oladi.

“Litiy-ion batareyalar allaqachon dunyoni koʻp jihatdan oʻzgartirib yubordi”, dedi Onori. “Ushbu transformatsion texnologiya va uning kelajakdagi vorislaridan iloji boricha koʻproq foyda olishimiz muhim.”