211service.com
Szybszy test akumulatorów do samochodów elektrycznych
Trwa latami, aby sprawdzić, czy nowa technologia akumulatorów będzie trwała przez cały okres eksploatacji samochodu hybrydowego lub elektrycznego. Oznacza to, że materiały akumulatorowe, które mogą kosztować mniej i przechowywać więcej energii niż dzisiejsze akumulatory, marnują się na stanowiskach laboratoryjnych.
Tester baterii: System ten ładuje i rozładowuje 60 ogniw baterii i przewiduje ich żywotność.
Nowy sposób testowania akumulatorów litowo-jonowych może skrócić ten czas do kilku tygodni zamiast kilku lat, eliminując kluczowe wąskie gardło, które utrzymuje wysokie koszty baterii i niskie pojemności.
Dzięki dokładnemu pomiarowi, jak skutecznie akumulatory eksperymentalne przechowują i dostarczają ładunek elektryczny, Jeff Dahn z Dalhousie University może przewidzieć, ile razy ogniwa akumulatora mogą być ładowane i rozładowywane – znany jako cykl życia akumulatora. Dahn, profesor fizyki i chemii, stara się również wykazać, że metoda ta pozwala przewidzieć, jak długo bateria wytrzyma na półce – co jest znane jako żywotność kalendarza.
Razem, cykl życia i żywotność kalendarza określają, jak długo bateria będzie użyteczna. Są one niezbędne do określenia, na przykład, jak duży musi być akumulator, aby przechowywać reklamowaną ilość energii przez cały okres eksploatacji samochodu.
Technika ta przyciągnęła uwagę producentów samochodów, którzy próbują ją zweryfikować i wykorzystać, zwłaszcza jako narzędzie do przewidywania cyklu życia. Mogłoby to również umożliwić naukowcom, którzy dysponują mniejszymi zasobami niż producenci samochodów, opracowanie materiałów akumulatorowych o rzeczywistym potencjale komercyjnym. Uważamy, że ta technika może być bardzo przydatna, mówi Masaki Matsui, kierownik działu badań materiałów w Instytut Badawczy Toyoty w Ameryce Północnej . Mówi, że zidentyfikuje problemy z materiałami na bardzo wczesnym etapie opracowywania baterii, umożliwiając naukowcom szybkie sortowanie kombinacji elektrod baterii i elektrolitów.
W akumulatorze wiele rzeczy może się nie udać. Kluczowym spostrzeżeniem podejścia Dahna jest to, że wiele takich problemów może pojawić się w jednym teście – pomiar różnicy między ilością ładunku, który trafia do akumulatora podczas ładowania, a ilością, która wychodzi po jego rozładowaniu (zwanym również wydajnością kulombiczną ). Jeśli wychodzi mniej ładunku niż wchodzi, ta energia jest marnowana przez niepożądane reakcje w akumulatorze. Straty te sumują się: z kolejnymi cyklami bateria zwraca coraz mniej ładunku, aż w końcu nie nadaje się do użytku.
Dahn zbudował system ładowania baterii, który może wykryć bardzo małe straty ładunku, identyfikując w ciągu kilku tygodni obecność reakcji skracających życie, które w przeciwnym razie nie pojawiłyby się przed upływem miesięcy lub lat testów. Dahn wykorzystał tę technikę do identyfikacji subtelnych zmian w chemii, które mogą wydłużyć cykl życia jednego typu baterii nawet sześciokrotnie.
Tak dokładne testy nie były konieczne w przypadku akumulatorów litowo-jonowych, gdy były one używane prawie w całości w przenośnej elektronice, która musiała wystarczyć na kilka lat. Ale teraz baterie są projektowane do zasilania pojazdów elektrycznych lub magazynowania energii z paneli słonecznych i muszą wytrzymać 10, 15, 20 lat lub dłużej. W takich rozpiętościach nawet niewielka nieefektywność może prowadzić do dużych problemów.
Co więcej, producenci baterii mieszają coraz bardziej złożone koktajle elektrolitowe, z których każda może znacząco zmienić żywotność baterii. Elektrolity mają około 10 składników. Następnie chcesz ocenić więcej dodatków. To tylko koszmar, mówi Dahn. Mówi, że przy konwencjonalnych technikach pomiarowych trudno jest stwierdzić, czy dokonana przez ciebie zmiana jest dobra czy zła bez wykonania testu, który trwa dłużej niż twoja kariera. Mówi, że dzięki dokładnemu pomiarowi wydajności kulombowskiej masz wszystko w ciągu kilku tygodni.
Mark Mathias, kierownik General Motors laboratorium badań energii elektrochemicznej w Nowym Jorku nie jest do końca przekonane. To, co robi Jeff, to bardzo dobra diagnostyka. Zgadzam się, że powinniśmy go używać, ale to narzędzie, a nie panaceum, mówi. Po pierwsze, nie mówi naukowcom, co dzieje się w komórce. Mathias mówi, że naukowcy potrzebują znacznie lepszego zrozumienia przyczyn utraty wydajności. Pomogłoby im to rozwiązać problemy zidentyfikowane przez testy Dahna.
Mathias nie jest również pewien, czy test okaże się wiarygodny w mierzeniu życia kalendarzowego. Mówi, że można by go wykorzystać do oceny baterii, ale niefortunna rzeczywistość jest taka, że nie możemy być pewni, że mamy przyspieszony test, który naśladuje 10 lat, chyba że testowaliśmy przez 10 lat.
Dahn mówi, że w tej chwili jego sprzęt jest wystarczająco dokładny, aby powiedzieć naukowcom, czy szczególna zmiana w składzie chemicznym baterii wpłynie na różnicę między 500 cyklami ładowania (potrzebnymi na kilka lat prowadzenia pojazdu elektrycznego) a 1000. Obecnie współpracuje z producentem sprzętu, aby ulepszyć proces dokładnych prognoz do około 10 000 cykli.