Ang sikreto sa mahabang buhay ng mga rechargeable na baterya ay maaaring nakasalalay sa pagyakap sa pagkakaiba. Ang bagong pagmomodelo kung paano nasisira ang mga lithium-ion cell sa isang pakete ay nagpapakita ng isang paraan upang iangkop ang pag-charge sa kapasidad ng bawat cell upang ang mga baterya ng EV ay makayanan ang mas maraming charge cycle at maiwasan ang pagkasira.

Ang pananaliksik, na inilathala noong Nobyembre 5 saMga Transaksyon ng IEEE sa Teknolohiya ng mga Sistema ng Kontrol, ay nagpapakita kung paano ang aktibong pamamahala ng dami ng kuryenteng dumadaloy sa bawat cell sa isang pakete, sa halip na maghatid ng karga nang pantay-pantay, ay maaaring makabawas sa pagkasira at pagkasira. Ang pamamaraang ito ay epektibong nagbibigay-daan sa bawat cell na mabuhay nang pinakamahusay – at pinakamahabang – buhay nito.

Ayon sa propesor ng Stanford at may-akda ng senior study na si Simona Onori, iminumungkahi ng mga paunang simulasyon na ang mga bateryang pinamamahalaan gamit ang bagong teknolohiya ay maaaring humawak ng hindi bababa sa 20% na mas maraming charge-discharge cycle, kahit na may madalas na fast charging, na naglalagay ng karagdagang stress sa baterya.

Karamihan sa mga nakaraang pagsisikap na pahabain ang buhay ng baterya ng electric car ay nakatuon sa pagpapabuti ng disenyo, materyales, at paggawa ng mga single cell, batay sa premisa na, tulad ng mga kawing sa isang kadena, ang isang battery pack ay kasinghusay lamang ng pinakamahina nitong cell. Nagsisimula ang bagong pag-aaral sa pag-unawa na habang ang mga mahihinang kawing ay hindi maiiwasan – dahil sa mga di-kasakdalan sa paggawa at dahil ang ilang mga cell ay mas mabilis na nasisira kaysa sa iba dahil nalalantad sila sa mga stress tulad ng init – hindi nila kailangang bawasan ang buong pack. Ang susi ay iayon ang mga rate ng pag-charge sa natatanging kapasidad ng bawat cell upang maiwasan ang pagkabigo.

"Kung hindi maayos na matutugunan, ang mga pagkakaiba-iba ng cell-to-cell ay maaaring makaapekto sa tibay, kalusugan, at kaligtasan ng isang battery pack at magdulot ng maagang pagkasira ng battery pack," sabi ni Onori, na isang assistant professor ng energy science engineering sa Stanford Doerr School of Sustainability. "Ang aming pamamaraan ay pinagsasama-sama ang enerhiya sa bawat cell sa pack, na dinadala ang lahat ng cell sa pangwakas na target na estado ng karga sa isang balanseng paraan at pinapabuti ang tibay ng pack."

Inspirado na bumuo ng isang milyong milyang baterya

Bahagi ng motibasyon para sa bagong pananaliksik ay nag-ugat sa isang anunsyo noong 2020 ng Tesla, ang kumpanya ng electric car, tungkol sa paggawa ng isang "milyong milyang baterya." Ito ay isang baterya na kayang paganahin ang isang kotse nang 1 milyong milya o higit pa (na may regular na pag-charge) bago umabot sa punto kung saan, tulad ng lithium-ion na baterya sa isang lumang telepono o laptop, ang baterya ng EV ay may napakakaunting karga para maging gumagana.

Ang ganitong baterya ay lalampas sa karaniwang warranty ng mga tagagawa ng sasakyan para sa mga baterya ng electric vehicle na walong taon o 100,000 milya. Bagama't ang mga battery pack ay karaniwang tumatagal nang mas matagal kaysa sa kanilang warranty, ang tiwala ng mga mamimili sa mga electric vehicle ay maaaring mapalakas kung ang mga mamahaling pamalit sa battery pack ay magiging mas bihira. Ang isang baterya na maaari pa ring maglaman ng karga pagkatapos ng libu-libong pag-recharge ay maaari ring magpadali sa daan para sa elektripikasyon ng mga long-haul truck, at para sa pag-aampon ng tinatawag na vehicle-to-grid systems, kung saan ang mga EV battery ay mag-iimbak at magpapadala ng renewable energy para sa power grid.

“Ipinaliwanag kalaunan na ang konsepto ng milyong-milyang baterya ay hindi talaga isang bagong kimika, kundi isang paraan lamang upang patakbuhin ang baterya sa pamamagitan ng hindi paggamit nito sa buong saklaw ng pag-charge,” sabi ni Onori. Ang kaugnay na pananaliksik ay nakasentro sa mga single lithium-ion cell, na sa pangkalahatan ay hindi nawawalan ng kapasidad ng pag-charge nang kasing bilis ng mga buong battery pack.

Dahil sa pagiging interesado, nagpasya si Onori at dalawang mananaliksik sa kanyang laboratoryo – ang postdoctoral scholar na si Vahid Azimi at ang PhD student na si Anirudh Allam – na siyasatin kung paano mapapabuti ng mapanlikhang pamamahala ng mga umiiral na uri ng baterya ang performance at lifespan ng isang buong battery pack, na maaaring maglaman ng daan-daan o libu-libong cell.

Isang modelo ng baterya na may mataas na kalidad

Bilang unang hakbang, bumuo ang mga mananaliksik ng isang high-fidelity computer model ng kilos ng baterya na tumpak na kumakatawan sa mga pisikal at kemikal na pagbabagong nagaganap sa loob ng isang baterya habang ginagamit ito. Ang ilan sa mga pagbabagong ito ay nangyayari sa loob lamang ng ilang segundo o minuto – ang iba naman ay sa loob ng ilang buwan o kahit na mga taon.

"Sa abot ng aming kaalaman, walang nakaraang pag-aaral ang gumamit ng uri ng high-fidelity, multi-timescale na modelo ng baterya na aming nilikha," sabi ni Onori, na siyang direktor ng Stanford Energy Control Lab.

Ang pagpapatakbo ng mga simulasyon gamit ang modelo ay nagmungkahi na ang isang modernong battery pack ay maaaring ma-optimize at makontrol sa pamamagitan ng pagtanggap sa mga pagkakaiba sa mga bumubuo nitong selula. Nakikita nina Onori at mga kasamahan na ang kanilang modelo ay gagamitin upang gabayan ang pagbuo ng mga sistema ng pamamahala ng baterya sa mga darating na taon na madaling maipapatupad sa mga umiiral na disenyo ng sasakyan.

Hindi lamang mga sasakyang de-kuryente ang makikinabang. Halos anumang aplikasyon na "lubhang nagpapabigat sa baterya" ay maaaring maging isang magandang kandidato para sa mas mahusay na pamamahala batay sa mga bagong resulta, sabi ni Onori. Isang halimbawa? Ang mga sasakyang panghimpapawid na parang drone na may electric vertical takeoff at landing, minsan ay tinatawag na eVTOL, na inaasahan ng ilang negosyante na gumana bilang mga air taxi at magbigay ng iba pang mga serbisyo sa urban air mobility sa susunod na dekada. Gayunpaman, may iba pang mga aplikasyon para sa mga rechargeable na baterya ng lithium-ion, kabilang ang pangkalahatang abyasyon at malawakang pag-iimbak ng renewable energy.

“Nabago na ng mga bateryang Lithium-ion ang mundo sa napakaraming paraan,” sabi ni Onori. “Mahalagang makuha natin ang pinakamaraming makakaya mula sa transformatibong teknolohiyang ito at sa mga susunod pang kahalili nito.”