Baterije električnih vozila koje podležu normalnoj upotrebi vozača iz stvarnog sveta – poput gustog saobraćaja, dugih putovanja autoputem, kratkih gradskih putovanja i uglavnom parkiranja – mogle bi da traju oko trećinu duže nego što su istraživači generalno predviđali, prema novoj studiji naučnici koji rade u SLAC-Stanford Batteri Centru, zajedničkom centru između Precourt instituta za energiju Univerziteta Stanford i SLAC National Accelerator Laboratori.
Ovo sugeriše da vlasnik tipičnog EV možda neće morati da zameni skupu bateriju ili kupi novi automobil još nekoliko godina.
Skoro uvek, naučnici i inženjeri baterija testiraju životni vek novih dizajna baterija u laboratorijama koristeći konstantnu brzinu pražnjenja praćenu ponovnim punjenjem. Oni ponavljaju ovaj ciklus brzo mnogo puta kako bi brzo naučili da li je novi dizajn dobar ili ne za očekivani životni vek, između ostalih kvaliteta.
Ovo nije dobar način da se predvidi očekivani životni vek EV baterija, posebno za ljude koji poseduju EV za svakodnevna putovanja, prema studiji objavljenoj 9. decembra u časopisu Nature Energi. Dok su cene baterija pale za oko 90% u poslednjih 15 godina, baterije i dalje čine skoro trećinu cene novog EV.
„Nismo testirali EV baterije na pravi način“, rekla je Simona Onori, viši autor i vanredni profesor energetskih nauka i inženjeringa na Stenford Doerr školi održivosti.
„Na naše iznenađenje, prava vožnja sa čestim ubrzavanjem, kočenjem koje malo puni baterije, zaustavljanjem da uđe u prodavnicu i puštanjem baterija da miruju satima, pomaže baterijama da traju duže nego što smo mislili na osnovu industrijske standardne laboratorije testovi.“
Istraživači su dizajnirali četiri tipa profila EV pražnjenja, od standardnog konstantnog pražnjenja do dinamičkog pražnjenja na osnovu stvarnih podataka o vožnji. Istraživački tim je testirao 92 komercijalne litijum-jonske baterije više od dve godine po profilima pražnjenja. Na kraju, što su profili realnije odražavali stvarno ponašanje u vožnji, životni vek EV se povećavao.
Nekoliko faktora doprinosi neočekivanoj dugovečnosti, pokazalo je istraživanje. Algoritam mašinskog učenja obučen na svim podacima koje je tim prikupio pomogao je da se otkriju uticaji dinamičkih profila pražnjenja na degradaciju baterije.
Na primer, studija je pokazala korelaciju između oštrih, kratkih EV ubrzanja i sporije degradacije. Ovo je bilo u suprotnosti sa dugogodišnjim pretpostavkama istraživača baterija, uključujući tim ove studije, da su vrhovi ubrzanja loši za EV baterije.
Snažni pritisak na pedalu nogom ne ubrzava starenje. Ako ništa drugo, to usporava, objasnio je Aleksis Geslin, jedan od tri glavna autora studije i dr. student nauke o materijalima i inženjerstva i računarstva na Stanfordovoj školi inženjerstva.
Istraživački tim je takođe tražio razlike u starenju baterija zbog mnogih ciklusa punjenja-pražnjenja u odnosu na starenje baterije koje dolazi s vremenom. Vaše baterije kod kuće koje su godinama stajale nekorišćene u fioci neće raditi tako dobro kao kada ste ih kupili, ako uopšte rade.
„Mi inženjeri baterija pretpostavili smo da je starenje ciklusa mnogo važnije od starenja izazvanog vremenom. To uglavnom važi za komercijalna električna vozila kao što su autobusi i dostavna vozila koja su skoro uvek u upotrebi ili se pune“, rekao je Geslin.
„Za potrošače koji koriste svoja električna vozila da stignu na posao, pokupe svoju decu, odu u prodavnicu, ali ih uglavnom ne koriste ili čak ne pune, vreme postaje glavni uzrok starenja u odnosu na vožnju biciklom.
Studija identifikuje slatku tačku prosečne brzine pražnjenja za balansiranje vremenskog starenja i ciklusnog starenja, barem za komercijalnu bateriju koju su testirali. Srećom, taj prozor je u opsegu realne potrošačke EV vožnje. Proizvođači automobila bi mogli da ažuriraju svoj softver za upravljanje baterijama električnih vozila kako bi iskoristili prednosti novih otkrića i maksimizirali životni vek baterije u stvarnim uslovima.
„Ubuduće, procena novih hemija i dizajna baterija sa realističnim profilima potražnje biće zaista važna“, rekao je postdoktorski naučnik iz oblasti energetike i inženjeringa Le Ksu.
„Istraživači sada mogu ponovo da preispitaju pretpostavljene mehanizme starenja na nivou hemije, materijala i ćelija kako bi produbili svoje razumevanje. Ovo će olakšati razvoj naprednih kontrolnih algoritama koji optimizuju korišćenje postojećih komercijalnih arhitektura baterija.“
Implikacije se protežu izvan baterija, sugeriše studija. Naučnici i inženjeri bi mogli da primene principe na druge aplikacije za skladištenje energije, kao i na druge materijale i uređaje u fizičkim naukama u kojima je starenje ključno, kao što su plastika, naočare, solarne ćelije i neki biomaterijali koji se koriste u implantatima.
„Ovaj rad naglašava moć integracije višestrukih oblasti stručnosti – od nauke o materijalima, kontrole i modeliranja do mašinskog učenja – za unapređenje inovacija“, rekao je Onori.
