Science X
Avtorica: Holly Ober, Univerza v Kaliforniji, Riverside
2020_287_7
Komercialne postaje za hitro polnjenje avtomobilskih baterij povzročajo visoke temperature in upornosti na akumulatorjih električnih avtomobilov, kar lahko povzroči, da se pokvarijo, puščajo in izgubijo svojo nazivno zmogljivost skladiščenja energije, pišejo inženirji na kalifornijski univerzi Riverside v novi študiji, objavljeni v Energy Storage. Da bi to odpravili, so raziskovalci razvili metodo za polnjenje pri nižjih temperaturah z manjšim tveganjem za katastrofalne poškodbe in izgubo skladiščne zmogljivosti baterij.
Mihri Ozkan, profesor elektrotehnike in računalništva, in Cengiz Ozkan, profesor strojništva na inženirski fakulteti Marlan in Rosemary Bourns, sta vodila skupino, ki je napolnila en komplet izpraznjenih litij-ionskih baterij Panasonic NCR 18650B, ki se nahajajo v avtomobili Tesla in ki uporabljajo enak način uveljavljenega hitrega polnjenja, kot hitri polnilci, ki jih najdemo ob avtocestah.
Pri tem so napolnili komplet baterij z uporabo novega algoritma za hitro polnjenje, ki temelji na notranji upornosti baterije, ki moti pretok elektronov. Notranja upornost baterije niha glede na temperaturo, stanje napolnjenosti, starost baterije, vplivajo pa še drugi dejavniki. Visoka notranja odpornost lahko povzroči težave med polnjenjem.
Način polnjenja po metodi UC Riverside Battery Team je prilagodljiv sistem, ki se uči iz akumulatorja s preverjanjem notranje upornosti baterije med polnjenjem. Počiva takrat, ko naraste notranja upornost, s čimer odpravi izgubo zmogljivosti shranjevanja energije.
Pri prvih 13 ciklih polnjenja so zmogljivosti shranjevanja akumulatorja za obe tehniki polnjenja ostale podobne. Potem pa je industrijska tehnologija hitrega polnjenja povzročila, da je zmogljivost veliko hitreje padala in po 40 ciklih polnjenja so baterije ohranile le še 60% svoje zmogljivosti shranjevanja. Baterije, napolnjene z uporabo metode notranjega polnjenja, so po 40. ciklu ohranile več kot 80% svoje zmogljivosti.
80-odstotna zmogljivost zadostuje za večino namenov za aplikacije z litij-ionskimi baterijami za ponovno polnjenje do konca njihove življenjske dobe. Baterije, napolnjene z uporabo običajnega uveljavljenega hitrega polnjenja v industriji, so dosegle to točko po 25 polnilnih ciklih, medtem ko so jo baterije s polnjenjem ob upoštevanju notranje upornosti imele še pri 36 ciklih.
“Uveljavljena standardna metoda hitrega polnjenja negativno vpliva na življenjsko dobo litij-ionskih baterij zaradi povečanja notranje odpornosti baterij, kar posledično povzroči nastajanje toplote,” je dejal doktorski študent in soavtor Tanner Zerrin.
Še huje pa je, da so po 60 ciklih polnjenja v primerih industrijske metode polnjenja akumulatorji počili, izpostavljali elektrodi in elektrolit zraku in povečali nevarnost požara ali eksplozije. Visoke temperature okrog 60 stopinj Celzija so še pospešile škodo in tveganje.
“Izguba zmogljivosti, notranje kemične in mehanske poškodbe ter visoka vročina vsake baterije so glavni varnostni problemi, še posebej če upoštevamo, da je v Teslinem modelu S kar 7104 litij-ionskih baterij in 4416 v Teslinem modelu 3,” je dejal Mihri Ozkan.
Z metodo polnjenja z upoštevanjem notranje upornosti so bile temperature pri polnjenju nižje in ni bilo poškodb.
“Naš alternativni algoritem hitrega polnjenja je zmanjšal padec zmogljivosti baterij in odpravil mehanske poškodbe ter spremembe sestave v komercialnih baterijskih celicah,” je dejal Cengiz Ozkan.
“Predlagano prilagodljivo hitro polnjenje ponuja novo perspektivo zasnove tehnologije hitrega polnjenja električnih vozil z boljšimi varnostnimi zmogljivostmi in daljšo življenjsko dobo akumulatorja,” je dejal doktorski študent in soavtor članka Bo Dong.
Raziskovalci so zaprosili za patent za prilagodljiv algoritem za hitro polnjenje z upoštevanjem notranje upornosti, ki bi ga lahko licencirali proizvajalci baterij in avtomobilov. Medtem pa UCR Battery Team priporoča čim manjšo uporabo komercialnih hitrih polnilcev, ponovno polnjenje preden je baterija popolnoma izpraznjena in preprečevanje prekomernega polnjenja.
Vir: https://techxplore.com/news/2020-03-fast-charging-electric-car-batteries.html
