211service.com
Rychlejší test baterií pro elektromobily
Ověření, že nová technologie baterií vydrží po celou dobu životnosti hybridního nebo elektromobilu, trvá roky. To znamená, že materiály baterií, které mohou stát méně a ukládat více energie, než dnešní baterie strádají na laboratorních lavicích.
Tester baterií: Tento systém nabíjí a vybíjí 60 článků baterie a předpovídá, jak dlouho vydrží.
Nový způsob testování lithium-iontových baterií by mohl zkrátit tuto dobu na několik týdnů místo na několik let, čímž by se odstranilo klíčové úzké místo, které udržuje vysoké náklady na baterie a nízké skladovací kapacity.
Přesným měřením toho, jak efektivně experimentální baterie ukládají a dodávají elektrický náboj, Jeff Dahn z Dalhousie University dokáže předpovědět, kolikrát mohou být články baterie nabity a vybity – známé jako životnost baterie. Dahn, profesor fyziky a chemie, se také snaží demonstrovat, že metoda dokáže předpovědět, jak dlouho vydrží baterie na poličce – známé jako kalendářní životnost.
Životnost cyklu a kalendářní životnost společně určují, jak dlouho bude baterie užitečná. Jsou nezbytné například pro určení toho, jak velká baterie musí být, aby uchovala inzerované množství energie po celou dobu životnosti vozu.
Technika upoutala pozornost výrobců automobilů, kteří se ji snaží ověřit a využít zejména jako nástroj pro předpovídání životnosti cyklu. Mohlo by to také umožnit akademikům, kteří mají méně zdrojů než výrobci automobilů, vyvíjet materiály pro baterie se skutečným komerčním potenciálem. Myslíme si, že tato technika by mohla být velmi užitečná, říká Masaki Matsui, manažer oddělení výzkumu materiálů ve společnosti Toyota Research Institute of North America . Říká, že identifikuje problémy s materiály velmi brzy ve vývoji baterií, což výzkumníkům umožní rychle třídit kombinace elektrod baterií a elektrolytů.
V baterii se může pokazit celá řada věcí. Klíčovým poznatkem Dahnova přístupu je, že mnoho takových zádrhelů se může objevit v jediném testu – měření rozdílu mezi množstvím nabití, které jde do baterie během nabíjení, a množstvím, které se uvolní, když je vybitá (také nazývaná coulombická účinnost ). Pokud se méně nabije, než vstoupí dovnitř, tato energie je plýtvána nežádoucími reakcemi v baterii. Tyto ztráty se sčítají: s po sobě jdoucími cykly se baterie vrací stále méně a méně, až nakonec není použitelná.
Dahn vybudoval systém nabíjení baterie, který dokáže detekovat velmi malé ztráty nabití a během několika týdnů identifikuje přítomnost reakcí zkracujících život, které by se jinak projevily až po měsících nebo letech testování. Dahn použil tuto techniku k identifikaci jemných změn v chemii, které mohou prodloužit životnost jednoho typu baterie až šestinásobně.
Takové přesné testování nebylo nutné pro lithium-iontové baterie, když byly téměř výhradně používány pro přenosnou elektroniku, která musí vydržet jen několik let. Ale nyní jsou baterie navrhovány k napájení elektrických vozidel nebo k ukládání energie ze solárních panelů a musí vydržet 10, 15, 20 let nebo déle. V takových rozpětích může i nepatrná neefektivita vést k velkým problémům.
A co víc, výrobci baterií míchají stále složitější elektrolytové koktejly, jejichž každá část by mohla výrazně změnit životnost baterie. Elektrolyty mají něco jako 10 složek. Pak chcete hodnotit další přísady. Je to jen noční můra, říká Dahn. S konvenčními měřicími technikami je podle něj těžké zjistit, zda je změna, kterou jste provedli, dobrá nebo špatná, aniž byste provedli test, který je delší než vaše kariéra. Přesným měřením coulombické účinnosti, říká, za pár týdnů máte všechno.
Mark Mathias, manažer General Motors elektrochemická energetická výzkumná laboratoř v New Yorku, není zcela přesvědčen. To, co Jeff dělá, je velmi dobrá diagnostika. Souhlasím, že bychom to měli používat, ale je to nástroj, ne všelék, říká. Jednak to výzkumníkům neříká, co se v buňce děje špatně. Mathias říká, že výzkumníci potřebují mnohem lépe porozumět základním příčinám ztrát účinnosti. To by jim pomohlo vyřešit problémy, které Dahnovo testování identifikuje.
Mathias si také není jistý, že test bude spolehlivý pro měření kalendářního života. Dalo by se to použít k hodnocení baterií, říká, ale nešťastnou realitou je, že nemůžeme s jistotou vědět, že máme zrychlený test, který napodobuje 10 let, pokud jsme netestovali 10 let, říká.
Dahn říká, že právě teď je jeho zařízení dostatečně přesné na to, aby výzkumníkům řeklo, zda konkrétní změna chemického složení baterie způsobí rozdíl mezi tím, zda vydrží 500 nabíjecích cyklů (potřebných na několik let jízdy s elektrickým vozidlem) nebo 1000. Nyní spolupracuje s výrobcem zařízení na vylepšení procesu pro přesné předpovědi na přibližně 10 000 cyklů.