Naukowcy z SLAC-Stanford Battery Center, współtworzonego przez Uniwersytet Stanforda i SLAC National Accelerator Laboratory, dokonali ważnego przełomu w dziedzinie akumulatorów litowo-jonowych dla samochodów elektrycznych (EV). Ich badania opisane w Nature Energy pokazują, że ogniwa w EV użytkowanych w codziennych warunkach – takich jak ruch uliczny, długie trasy autostradowe, krótkie miejskie trasy czy po prostu postoje – mogą być o ok. 40 proc. bardziej trwałe niż wcześniej zakładano na podstawie testów laboratoryjnych. Skąd takie rozbieżności?
Akumulatory w EV: oczekiwania vs. rzeczywistość 0:1
W przeszłości większość badań nad trwałością akumulatorów litowo-jonowych koncentrowała się na testowaniu cykli ładowania i rozładowania w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Takie testy zwykle polegają na szybkim powtarzaniu procesu ładowania i rozładowania z równomiernym tempem, co pozwala na ocenę podstawowych właściwości ogniw, ale nie odzwierciedla rzeczywistych warunków użytkowania samochodów elektrycznych.
Czytaj też: Druga młodość używanych elektryków. Nowa technologia odmieni rynek aut EV
Badacze ze Stanforda stworzyli cztery profile rozładowania akumulatorów, które odzwierciedlają różne sytuacje na drodze – od stałego, równomiernego rozładowania po dynamiczne profile oparte na danych z rzeczywistej jazdy. Testując 92 komercyjne ogniwa litowo-jonowe przez ponad dwa lata, odkryli, że bardziej realistyczne profile rozładowania przekładają się na znaczną poprawę trwałości baterii.
Jednym z kluczowych czynników jest wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego, które analizowały ogromne ilości danych zebranych podczas badań. Dzięki nim udało się znaleźć zależności pomiędzy gwałtownymi przyspieszeniami a wolniejszym procesem degradacji, co jest sprzeczne z wcześniejszymi przekonaniami badaczy o tym, że szczytowe wartości przyspieszenia są szkodliwe dla baterii EV.
Prof. Simona Onori z Stanford Doerr School of Sustainability mówi:
Nie testowaliśmy baterii w odpowiedni sposób. Nasze badania pokazały, że rzeczywiste warunki jazdy, z częstym przyspieszaniem, hamowaniem, zatrzymywaniem się w trakcie zakupów czy długim postojem, sprzyjają dłuższej żywotności baterii w porównaniu do tradycyjnych testów przemysłowych.
Naukowcy zauważyli także różnicę między starzeniem baterii spowodowanym częstymi cyklami ładowania i rozładowania a starzeniem wynikającym po prostu z upływu czasu. Akumulatory pozostawione w domu, bez użytkowania, mogą znacząco utracić swoją wydajność i pojemność.
Alexis Geslin, doktorant w Stanford School of Engineering, wyjaśnia:
Dotychczas zakładaliśmy, że starzenie wynikające z cykli ładowania ma większe znaczenie niż starzenie czasowe. Jednak w przypadku samochodów elektrycznych używanych do codziennych dojazdów czy zakupów, czas ma większy wpływ na degradację baterii niż same cykle ładowania.
Wyniki badania otwierają drzwi dla producentów samochodów do ulepszenia oprogramowania zarządzającego bateriami EV. Aktualizacja systemów pozwoli na lepsze dostosowanie zarządzania baterią do rzeczywistych warunków użytkowania, co w efekcie maksymalizuje żywotność akumulatorów
Odkrycia mają potencjalne zastosowanie nie tylko w kontekście samochodów elektrycznych. Te same zasady można zastosować w innych systemach magazynowania energii, a także w badaniach nad materiałami fizycznymi, gdzie starzenie ma kluczowe znaczenie, np. w produkcji plastików, szkła, ogniw fotowoltaicznych czy biomateriałów wykorzystywanych w implantach.