افزایش ۲۰ درصدی عمر باتری با ابداع روش شارژ جدید

تحقیقات جدید در استنفورد نشان می‌دهد که اگر هر سلول باتری به طور جداگانه شارژ شود، کل باتری می‌تواند عمر بسیار طولانی‌تری داشته باشد.

به گزارش تکناک، سلول های بسیاری که در یک باتری لیتیومی وجود دارد، همه یکسان نیستند و برخی زودتر از بقیه  خراب می شوند.

دلایل زیادی وجود دارد که چرا سلول های مجزا در یک  باطری ممکن است ضعیف تر از سایرین باشند. شاید تفاوت هایی در ساخت یا مواد وجود داشته باشد. شاید برخی از آنها بیشتر از بقیه سلول ها در معرض منابع گرمازا قرار گرفته  باشند یا در نقاطی قرار داشته باشند که خنک شدن آنها سخت تر است. در هر صورت، یک سلول معمولی یک باتری بیشتر از متوسط عمر کل سلولها در یک باتری دوام می آورد و این سلول های ضعیف هستند که کارایی باتری را مختل می کنند.

سیمونا اونوری، استادیار مهندسی علوم انرژی در دانشکده استنفورد دوئر می‌گوید: اگر ناهمگونی های سلول به سلول به درستی مورد توجه قرار نگیرد،  می تواند طول عمر، سلامت و ایمنی یک باتری را به خطر بیندازد و باعث اختلال در عملکرد باتری شود.

رویدادهای شارژ و دشارژ سریع برای سلول‌های یک باتری استرس‌زا هستند، و در حالی که برای تحمل این استرس طراحی شده‌اند، لحظاتی وجود دارند که سلول‌های ضعیف‌تر سریع‌ترین آسیب را متحمل می‌شوند و خراب می‌شوند. بنابراین تیم استنفورد به این فکر افتاد که آیا تکنیک استاندارد شارژ کردن تمام سلول‌های باتری با سرعت یکسان ممکن است مرگ باتری را تسریع کند.

محققان به سختی یک مدل کامپیوتری طراحی کردند تا نظریه خود را در یک بازه زمانی شتاب‌دهی آزمایش کنند، که نتیجه آن چیزی است که آنها معتقدند سطح بی‌سابقه‌ای از جزئیات شبیه‌سازی است. آنها تلاش کردند تا وضعیت فیزیکی و شیمیایی یک باتری و همچنین تغییراتی را که در رابطه با طیف وسیعی از تنش‌ها در طول عمر آن رخ می‌دهد، از جمله هر دو تغییر که در چند ثانیه اتفاق می‌افتند، تا تغییراتی که ممکن است ماه‌ها یا سال‌ها طول بکشد..

اونوری می‌گوید: تا آنجایی که ما می‌دانیم، هیچ مطالعه قبلی از مدل باتری با کیفیت بالا و چند مقیاسی که ما ایجاد کردیم، استفاده نکرده است.

با استفاده از این مدل، آنها تعدادی شبیه‌سازی را انجام دادند که یک رویکرد شارژ استاندارد با نرخ تنظیم شده را با روش‌های دیگر مقایسه می‌کردند، که در آن ظرفیت هر سلول به عنوان شاخصی برای میزان شارژ آن عمل می‌کرد.

تئوری در اینجا این بود که تنها قوی ترین سلول ها باید تحت بیشترین تنش قرار گیرند. سلول هایی که قبلاً شروع به تخریب کرده بودند ( به هر دلیلی ) باید با ملایمت بیشتری شارژ شوند، به این امید که از زوال نهایی آنها جلوگیری شود.

این تیم دریافت که با تنظیم جداگانه نرخ شارژ هر سلول، آنها می توانند افزایش دما و تخریب سلول را به حداقل برسانند، تا جایی که این باتری ها می توانند حداقل 20درصد چرخه های شارژ و دشارژ بیشتری را نسبت به باتری هایی که به طور یکنواخت یا حتی با استفاده از شارژ سریع مکرر شارژ می شود، تحمل کنند.

اشکالات در اینجا نسبتاً آشکار است. اگر باتری EV یا تلفن خود را سریع شارژ می‌کنید، می‌خواهید با بیشترین سرعت ممکن شارژ شود، بنابراین می‌توانید به هر کاری که انجام می‌دهید برگردید، و در مدلی مانند این، تعداد مشخصی سلول در باتری شما وجود داردکه  به سادگی به اندازه معمول سریع شارژ نمی شود. اگر باتری‌های خود را کم و بیش جز اقلام دور ریختنی محسوب می کنید، و خودروهای خود را چیزی که هر چند سال یک بار تعویض می‌شوند، متوجه می شوید که چگونه بسیاری از مصرف‌کنندگان به اینکه چگونه باعث کاهش عمر باتری خود می شوند اهمیتی نمی دهند.

از سوی دیگر، اینطور نیست که وقتی عجله دارید، به طور کلی باتری را 100 درصد سریع شارژ میکنید، و اکثر سلول‌های باتری‌ها سالم و قادر به شارژ سریع باشند . بنابراین، تفاوت در وضعیت شارژ در پایان نیم ساعت در یک سوپرشارژر ممکن است در این مدل شارژ تفاوت زیادی نداشته باشد، و اگر باتری‌ها بتوانند عمر مفید بیشتری داشته باشند، همه از این وضعیت سود می برند زیرا کمبود لیتیوم برای تولید باتری ها پیش بینی شده و این کمبود در دهه های آینده تلاش های کربن زدایی را تحت فشار قرار می دهد.

محققان می‌گویند مدل شارژ آن‌ها را می‌توان به راحتی در خودروهای الکتریکی موجود استفاده کرد یا برای هدایت توسعه سیستم‌های مدیریت باتری نسل بعدی استفاده کرد.

آنها همچنین پیشنهاد می‌کنند که همین مدل را می‌توان در چرخه دشارژ به کار برد، و از سلول‌های ضعیف‌تر کمتر از سلول‌های قوی‌تر، برای مزایای بیشتر برای طول عمر هر باتری که تحت بارهای استرس بالا قرار می‌گیرد، استفاده کرد. در واقع، یکی از نویسندگان مطالعه اکنون به عنوان محقق باتری در Archer Aviation توسعه دهنده eVTOL کار می کند.

اونوری می‌گوید: باتری‌های لیتیوم یونی در حال حاضر دنیا را از بسیاری جهات تغییر داده‌اند.مهم است که ما تا جایی که می توانیم از این فناوری تحول آفرین و جانشینان آن در آینده بهره ببریم.