Doldurulan batareyaların uzun ömürlü olmasının sirri fərqliliklərin əhatəsində ola bilər. Bir paketdəki litium-ion elementlərinin necə sıradan çıxdığının yeni modelləşdirilməsi, elektrik avtomobil batareyalarının daha çox doldurma dövrünü idarə edə bilməsi və nasazlığın qarşısını ala bilməsi üçün doldurmanı hər bir elementin tutumuna uyğunlaşdırmağın yolunu göstərir.

Tədqiqat, 5 noyabr tarixində dərc edilibIEEE İdarəetmə Sistemləri Texnologiyası üzrə Əməliyyatlar, göstərir ki, batareyanın hər bir elementinə axan elektrik cərəyanının miqdarını aktiv şəkildə idarə etmək, yükü bərabər şəkildə çatdırmaq əvəzinə, aşınmanı və yıpranmanı necə minimuma endirə bilər. Bu yanaşma hər bir elementin ən yaxşı və ən uzun ömrünü təmin edir.

Stanford professoru və baş tədqiqat müəllifi Simona Onorinin sözlərinə görə, ilkin simulyasiyalar göstərir ki, yeni texnologiya ilə idarə olunan batareyalar, hətta tez-tez sürətli doldurulma zamanı belə, ən azı 20% daha çox doldurma-boşalma dövrünün öhdəsindən gələ bilər ki, bu da batareyaya əlavə yük yaradır.

Elektrikli avtomobil batareyasının ömrünü uzatmaq üçün əvvəlki səylərin əksəriyyəti tək elementlərin dizaynını, materiallarını və istehsalını təkmilləşdirməyə yönəlmişdi. Bu fərziyyəyə əsasən, zəncirdəki halqalar kimi, batareya bloku da yalnız ən zəif elementi qədər yaxşıdır. Yeni tədqiqat, zəif halqaların - istehsal qüsurları və bəzi elementlərin istilik kimi stresslərə məruz qaldıqları üçün digərlərindən daha sürətli parçalanması səbəbindən - qaçılmaz olsa da, bütün batareyanı aşağı salmağa ehtiyac olmadığı anlamına gəlir. Əsas məsələ, nasazlığın qarşısını almaq üçün şarj sürətlərini hər bir elementin unikal tutumuna uyğunlaşdırmaqdır.

Stanford Doerr Davamlılıq Məktəbində enerji elmləri mühəndisliyi üzrə dosent olan Onori bildirib ki, "Düzgün həll edilməzsə, hüceyrələrarası heterojenliklər batareya blokunun uzunömürlülüyünü, sağlamlığını və təhlükəsizliyini təhlükə altına ala və batareya blokunun erkən nasazlığına səbəb ola bilər. Bizim yanaşmamız batareya blokundakı hər bir hüceyrədəki enerjini bərabərləşdirir, bütün hüceyrələri balanslaşdırılmış şəkildə son hədəf yüklənmə vəziyyətinə gətirir və batareyanın uzunömürlülüyünü artırır."

Milyon mil məsafəyə batareya qurmaq üçün ilhamlandı

Yeni tədqiqatın stimulunun bir hissəsi elektrik avtomobil şirkəti Tesla-nın 2020-ci ildə "milyon millik batareya" üzərində işləməyi elan etməsi ilə bağlıdır. Bu, köhnə telefon və ya noutbukdakı litium-ion batareyası kimi, elektrik avtomobilinin batareyasının işləməsi üçün çox az şarj saxladığı nöqtəyə çatmazdan əvvəl avtomobili 1 milyon mil və ya daha çox məsafə qət edə bilən (müntəzəm doldurma ilə) batareya olardı.

Belə bir batareya, avtomobil istehsalçılarının elektrikli nəqliyyat vasitələrinin batareyaları üçün səkkiz illik və ya 100.000 mil zəmanətini aşacaq. Batareya paketləri müntəzəm olaraq zəmanət müddətindən çox işləsə də, bahalı batareya paketlərinin dəyişdirilməsi daha da nadir hala gələrsə, istehlakçıların elektrikli nəqliyyat vasitələrinə olan inamı arta bilər. Minlərlə doldurulmadan sonra hələ də şarj saxlaya bilən batareya, uzun məsafəli yük maşınlarının elektrikləşdirilməsini və elektrik batareyalarının elektrik şəbəkəsi üçün bərpa olunan enerjini saxlayıb göndərəcəyi sözdə nəqliyyat vasitəsindən şəbəkəyə sistemlərin tətbiqini asanlaşdıra bilər.

Onori bildirib ki, "Daha sonra izah edildi ki, milyon mil məsafəli batareya konsepsiyası əslində yeni bir kimya deyil, sadəcə batareyanı tam doldurma diapazonundan istifadə etmədən işlətməyin bir yoludur". Əlaqəli tədqiqatlar, ümumiyyətlə, tam batareya paketləri qədər tez doldurma qabiliyyətini itirməyən tək litium-ion elementlərinə yönəlib.

Maraqlanan Onori və laboratoriyasındakı iki tədqiqatçı - doktoranturadan sonrakı alim Vahid Əzimi və doktorant Anirudh Allam - mövcud batareya növlərinin ixtiraçı idarəçiliyinin yüzlərlə və ya minlərlə element ehtiva edə biləcək tam batareya paketinin performansını və xidmət müddətini necə yaxşılaşdıra biləcəyini araşdırmaq qərarına gəldilər.

Yüksək keyfiyyətli batareya modeli

İlk addım olaraq, tədqiqatçılar batareyanın işləmə müddəti ərzində onun içərisində baş verən fiziki və kimyəvi dəyişiklikləri dəqiq şəkildə təmsil edən yüksək dəqiqlikli kompüter modeli hazırladılar. Bu dəyişikliklərin bəziləri bir neçə saniyə və ya dəqiqə ərzində, digərləri isə aylar və ya hətta illər ərzində baş verir.

Stanford Enerji Nəzarəti Laboratoriyasının direktoru Onori bildirib ki, "Bildiyimiz qədəri ilə, əvvəlki heç bir tədqiqat bizim yaratdığı yüksək dəqiqlikli, çoxvaxtlı batareya modelindən istifadə etməyib".

Modellə aparılan simulyasiyalar müasir batareya blokunun onun tərkib hissələri arasındakı fərqləri qəbul etməklə optimallaşdırıla və idarə oluna biləcəyini göstərdi. Onori və həmkarları, modellərinin mövcud nəqliyyat vasitələrinin dizaynlarında asanlıqla tətbiq oluna bilən batareya idarəetmə sistemlərinin gələcək illərdə inkişafına rəhbərlik etmək üçün istifadə olunacağını düşünürlər.

Fayda əldə edən təkcə elektrikli nəqliyyat vasitələri deyil. Onori bildirib ki, "batareya paketinə çox yük verən" demək olar ki, hər hansı bir tətbiq yeni nəticələrdən xəbərdar olmaqla daha yaxşı idarəetmə üçün yaxşı namizəd ola bilər. Bir nümunə? Bəzən eVTOL adlanan elektrikli şaquli qalxma və eniş funksiyasına malik dron kimi təyyarələr. Bəzi sahibkarlar növbəti onillikdə hava taksisi kimi fəaliyyət göstərməyi və digər şəhər hava hərəkətliliyi xidmətləri göstərməyi gözləyirlər. Bununla belə, təkrar doldurulan litium-ion batareyaları üçün digər tətbiqlər, o cümlədən ümumi aviasiya və bərpa olunan enerjinin genişmiqyaslı saxlanması da cəlbedicidir.

Onori bildirib ki, “Litium-ion batareyaları artıq dünyanı bir çox cəhətdən dəyişdirib. Bu transformativ texnologiyadan və onun gələcək varislərindən mümkün qədər çox şey əldə etməyimiz vacibdir.”