 Гибридные электромобили, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты, и марсоход Curiosity являются лишь некоторыми из многих устройств, которые используют литий-ионные батареи. Теперь команда исследователей университета штата Пенсильвании имеет простую математическую формулу, способную предсказать, какие факторы наиболее влияют на старение литий-ионного аккумулятора.
Литий-ионные аккумуляторы функционируют посредством перемещения ионов лития от отрицательного электрода к положительному электроду, и в противоположном направлении, когда батарея заряжается. То, как часто используется батарея, определяет срок ее работы. Сложные модели, которые предсказывают старение батареи, уже существуют и используются для разработки батарей. Тем не менее, необходимы более быстрые и простые модели, чтобы понять наиболее важные факторы, которые влияют на старение, чтобы системы управления батарей в гибридных электрических транспортных средствах, например, могли лучше контролировать литий-ионные батареи.
Исследователи начали с изготовления моделей специально для батарей Volvo, которые были настроены на их специфическую химию, и показали, что модели были экспериментально подобраны. Они тогда были направлены на упрощение модели старения. Теперь у них есть окончательная упрощенную формула модели старения.
Батарея деградирует вне зависимости от того, лежит ли она на полке или используется. Основной причиной старения литий-ионного аккумулятора является непрерывное образование твердого межфазного слоя электролита в батарее. При этом такой слой должен образоваться в батарее, чтобы позволять ей работать, потому что он регулирует количество химических реакций, протекающих в батарее. Как батарея постоянно используется, однако, небольшие побочные реакции создать на уровне SEI, что снижает емкость батареи-сколько заряда батареи может держать. Модели позволяют исследователям понять, как различные факторы влияют на этот процесс деградации, так что более прочный, более экономичные батареи могут быть сделаны.
Гибридные электромобили сочетают в себе эффективность электрических транспортных средств с мощностью и долговечностью бензиновых транспортных средств, поскольку они имеют как обычный двигатель внутреннего сгорания на бензине и электродвигатель питается от батарей. Электродвигатель использует регенеративные тормоза, которые принимают энергию, которая двигалась машину вперед и преобразовать его в механическую энергию, поставив электродвигатель в обратном направлении и замедление автомобиля. Электродвигатель действует как генератор и принимает электроэнергию, которая генерируется для хранения в батареях для использования в будущем. Это в отличие от обычных тормозных систем, в которых тормозное энергии теряется, когда трение преобразует энергию в тепло.
По словам исследователей, новая простая формула старения принимает во внимание только факторы, показанные в большем влиянии старение литий-ионной батареи, влияющее на рост твердого слоя, которые включают в себя состояние заряда, того, как часто аккумулятор полностью заряжается/разряжается, рабочую температуру и ток.
Автомобильные компании могут использовать эту формулу для количественного определения того, какие факторы наиболее способствуют старение и сосредоточиться на них, а не на все другие факторы, которые не играют такой большой роли.
В рамках исследования, ученые сравнили точность их формулы с более сложными моделями для использования коммерчески доступных батарей. Они обнаружили, что их простая формула работает так же хорошо. Исследователи уже видели преимущества наличия простой формулы для моделирования старения батареи, используя ее, чтобы показать, что увеличение температуры литий-ионных батарей в гибридных электрических транспортных средствах продлевает жизнь батареи, что противоречит тому, что большинство исследователей думали. Этот эффект был тем, что Volvo ранее наблюдали в их батарее, и с помощью своей формулы старения они могут объяснить, почему так происходит. Автомобильный концерн уже заинтересовался технологией.
|
