Кайра заряддалуучу батареялардын узак иштөөсүнүн сыры айырмачылыктарды кучагында жашырылышы мүмкүн. Пакеттеги литий-иондук батареялардын кантип начарлашынын жаңы модели ар бир элементтин кубаттуулугуна жараша кубаттоону ылайыкташтыруунун жолун көрсөтөт, ошондо электромобилдердин батареялары көбүрөөк заряддоо циклдерин көтөрө алат жана бузулуулардын алдын алат.

Изилдөө 5-ноябрда жарыяланганБашкаруу системалары технологиясы боюнча IEEE транзакциялары, зарядды бирдей жеткирүүнүн ордуна, пакеттеги ар бир клеткага агып жаткан электр тогунун көлөмүн активдүү башкаруу эскирүүнү жана бузулууну кантип азайта аларын көрсөтөт. Бул ыкма ар бир клетканын эң жакшы жана эң узак өмүр сүрүүсүнө мүмкүндүк берет.

Стэнфорд университетинин профессору жана изилдөөнүн улук автору Симона Оноринин айтымында, алгачкы симуляциялар жаңы технология менен башкарылуучу батарейкалар тез-тез кубаттоодо да кеминде 20% көбүрөөк заряддоо-разряддоо циклдерине туруштук бере аларын көрсөтүп турат, бул батареяга кошумча жүк келтирет.

Электр унааларынын аккумуляторунун иштөө мөөнөтүн узартуу боюнча мурунку аракеттеринин көпчүлүгү чынжырдагы звенолор сыяктуу эле, аккумулятор блогу эң алсыз элементи сыяктуу эле жакшы деген божомолго негизделген бир элементтин дизайнын, материалдарын жана өндүрүшүн жакшыртууга багытталган. Жаңы изилдөө алсыз байланыштар сөзсүз болушу мүмкүн экенин түшүнүүдөн башталат - өндүрүштөгү кемчиликтерден жана кээ бир элемент жылуулук сыяктуу стресске дуушар болгондо башкаларга караганда тезирээк бузулгандыктан - алар бүтүндөй батареяны бузуп салуунун кажети жок. Эң негизгиси - кубаттоо ылдамдыгын ар бир элементтин уникалдуу кубаттуулугуна ылайыкташтырып, бузулуунун алдын алуу.

«Эгерде тийиштүү түрдө чечилбесе, клеткалардын ортосундагы гетерогендүүлүк батарея блогунун узак мөөнөттүү иштешине, ден соолугуна жана коопсуздугуна доо кетирип, батарея блогунун эрте бузулушуна алып келиши мүмкүн», - деди Стэнфорд Дорр Туруктуулук мектебинин энергетика илимдери боюнча инженерия боюнча доценти Онори. «Биздин ыкма батарея блогундагы ар бир клеткадагы энергияны теңдештирет, бардык клеткаларды тең салмактуу түрдө акыркы максаттуу заряд абалына жеткирет жана батареянын узак мөөнөттүү иштешин жакшыртат».

Миллион миль аралыкка созулган батареяны курууга шыктанган

Жаңы изилдөөнүн бир бөлүгү электромобиль компаниясы Tesla компаниясынын 2020-жылы "миллион миль аралыкка жеткен батарея" боюнча иш алып баруу жөнүндө жарыялаганына байланыштуу. Бул батарея эски телефондогу же ноутбуктагы литий-иондук батарея сыяктуу эле, электромобилдин батареясы иштөө үчүн өтө аз зарядды кармаганга чейин унааны 1 миллион миль же андан көп аралыкка (кадимки кубаттоо менен) кубаттай алат.

Мындай аккумулятор автоунаа өндүрүүчүлөрдүн сегиз жылдык же 100 000 миль аралыктагы электромобилдердин аккумуляторлоруна болгон типтүү кепилдигинен ашып түшөт. Аккумулятор пакеттери кепилдик мөөнөтүнөн көпкө чыдаса да, керектөөчүлөрдүн электромобилдерге болгон ишеними кымбат баалуу аккумулятор пакеттерин алмаштыруу сейрек кездешсе, бекемделиши мүмкүн. Миңдеген кайра заряддоодон кийин дагы эле зарядды кармай алган аккумулятор узак жол жүрүүчү жүк ташуучу унааларды электрлештирүүнү жана электромобилдердин аккумуляторлору электр тармагы үчүн кайра жаралуучу энергияны сактап жана жөнөтө турган "унаадан тармакка" системаларын кабыл алууну жеңилдетиши мүмкүн.

«Кийинчерээк миллион миль аралыкка созулган батарея концепциясы чындыгында жаңы химия эмес, жөн гана батареяны толук заряддоо диапазонун колдонбостон иштетүүнүн жолу экени түшүндүрүлдү», - деди Онори. Тиешелүү изилдөөлөр бир литий-иондук элементтерге багытталган, алар, адатта, толук батареялардай тез заряддоо мүмкүнчүлүгүн жоготпойт.

Кызыгып кеткен Онори жана анын лабораториясындагы эки изилдөөчү – постдокторантурадан кийинки окумуштуу Вахид Азими жана PhD студенти Анирудх Аллам – жүздөгөн же миңдеген элементтерди камтышы мүмкүн болгон толук батарея топтомунун иштешин жана кызмат мөөнөтүн кантип жакшырта аларын изилдөөнү чечишти.

Жогорку сапаттагы батарея модели

Алгачкы кадам катары, изилдөөчүлөр батареянын иштөө мөөнөтүндө анын ичинде болуп өткөн физикалык жана химиялык өзгөрүүлөрдү так чагылдырган батареянын жүрүм-турумунун жогорку сапаттагы компьютердик моделин түзүштү. Бул өзгөрүүлөрдүн айрымдары бир нече секунданын же мүнөттүн ичинде, башкалары бир нече айдын же ал тургай жылдардын ичинде ишке ашат.

«Биздин билишибизче, мурунку бир дагы изилдөө биз түзгөн жогорку сапаттагы, көп убакыт масштабындагы батарея моделин колдонгон эмес», - деди Стэнфорд энергетикалык көзөмөл лабораториясынын директору Онори.

Модель менен симуляцияларды жүргүзүү заманбап батарея блогун анын курамдык элементтеринин ортосундагы айырмачылыктарды эске алуу менен оптималдаштырууга жана башкарууга болорун көрсөттү. Онори жана кесиптештери алардын модели алдыдагы жылдары учурдагы унаа конструкцияларында оңой орнотула турган батареяны башкаруу системаларын иштеп чыгууга жетекчилик кылуу үчүн колдонулат деп болжолдошот.

Пайданы электр унаалары гана эмес, башкалары да көрөт. Оноринин айтымында, "батарея блогуна көп күч келтирген" дээрлик ар кандай колдонмо жаңы жыйынтыктар менен жакшыраак башкаруу үчүн жакшы талапкер боло алат. Бир мисал? Кээде eVTOL деп аталган, кээде электр менен тик учуп-конуучу дрон сыяктуу учактар, алар аба таксиси катары иштейт жана кийинки он жылдыкта башка шаардык аба мобилдүүлүк кызматтарын көрсөтөт деп күтүлүүдө. Ошентсе да, кайра заряддалуучу литий-иондук батареялардын башка колдонмолору, анын ичинде жалпы авиация жана кайра жаралуучу энергияны ири масштабдуу сактоо да пайда алып келет.

«Литий-иондук батареялар дүйнөнү көп жагынан өзгөрттү», - деди Онори. «Бул трансформациялык технологиядан жана анын келечектеги мураскерлеринен мүмкүн болушунча көбүрөөк пайда алуу маанилүү».