Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Trots den växande populariteten för elfordon tvekar många konsumenter fortfarande att byta. En anledning är att det tar så mycket längre tid att starta en elbil än att gasa på en konventionell. Men att påskynda laddningsprocessen kan skada batteriet och minska dess livslängd. Nu rapporterar forskare att de har designat supersnabba laddningsmetoder som är skräddarsydda för att driva olika typer av elfordonsbatterier på 10 minuter eller mindre utan att skadas.
Forskarna kommer att presentera sina resultat i dag på höstmötet i American Chemical Society (ACS).
"Snabbladdning är nyckeln till att öka konsumenternas förtroende och övergripande användning av elfordon", säger Eric Dufek, Ph.D., som presenterar detta arbete vid mötet. "Det skulle tillåta fordonsladdning att vara mycket lik att fylla på en bensinstation." Ett sådant framsteg kan hjälpa USA att nå president Bidens mål att senast 2030 ska hälften av alla fordon som säljs vara elektriska eller hybrider.
Att ladda litiumjonbatterierna som bränsle till elfordon är en delikat balansgång. Helst vill förare starta så snabbt som möjligt för att komma tillbaka på motorvägen, men med nuvarande teknik kan en snabbare process orsaka skada. När ett litiumjonbatteri laddas, migrerar litiumjoner från ena sidan av enheten, katoden, till den andra, anoden. Genom att få litiumjonerna att migrera snabbare laddas batteriet snabbare, men ibland rör sig litiumjonerna inte helt in i anoden. I den här situationen kan litiummetall byggas upp, vilket kan utlösa tidigt batterifel. Det kan också orsaka att katoden slits och spricker. Alla dessa problem kommer att minska batteriets livslängd och fordonets effektiva räckvidd – dyra och frustrerande konsekvenser för förarna.
En lösning på denna gåta är att skräddarsy laddningsprotokollet på ett sätt som optimerar hastigheten samtidigt som man undviker skador på de många olika typer av batterikonstruktioner som för närvarande används i fordon. Men att utveckla optimala protokoll kräver en enorm mängd data om hur olika metoder påverkar dessa enheters livslängd, effektivitet och säkerhet. Utformningen och tillståndet för batterier, såväl som möjligheten att tillämpa ett givet laddningsprotokoll med den nuvarande elnätsinfrastrukturen, är också nyckelvariabler.
För att möta dessa utmaningar rapporterar Dufek och hans forskarteam vid Idaho National Laboratory nu användningen av maskininlärningstekniker som innehåller laddningsdata för att skapa unika laddningsprotokoll. Genom att mata in information om tillståndet hos många litiumjonbatterier under deras laddnings- och urladdningscykler, tränade forskarna maskininlärningsanalysen för att förutsäga livslängder och hur olika konstruktioner så småningom skulle misslyckas. Teamet matade sedan tillbaka dessa data till analysen för att identifiera och optimera nya protokoll som de sedan testade på riktiga batterier.
"Vi har avsevärt ökat mängden energi som kan gå in i en battericell på kort tid", säger Dufek. "För närvarande ser vi batterier laddas till över 90 % på 10 minuter utan litiumplätering eller katodsprickor."
Att gå från ett nästan urladdat batteri till ett med 90 % effekt på bara 10 minuter är långt ifrån nuvarande metoder, som i bästa fall kan få ett elfordon att laddas fullt på ungefär en halvtimme. Medan många forskare letar efter metoder för att uppnå den här typen av supersnabb laddning, säger Dufek att en fördel med deras maskininlärningsmodell är att den kopplar protokollen till fysiken för vad som faktiskt händer i ett batteri.
Forskarna planerar att använda sin modell för att utveckla ännu bättre metoder och för att hjälpa till att designa nya litiumjonbatterier som är optimerade för att genomgå snabbladdning. Dufek säger att det yttersta målet är att elfordon ska kunna "berätta" för laddningsstationer hur de ska ladda sina specifika batterier snabbt och säkert. + Utforska vidare
