Superhurtig elbilopladning med et skræddersyet touch

På trods af den voksende popularitet af elektriske køretøjer, tøver mange forbrugere stadig med at skifte. En grund er, at det tager så meget længere tid at tænde for en elbil, end det gør at gasse en konventionel bil. Men at fremskynde opladningsprocessen kan beskadige batteriet og reducere dets levetid. Nu rapporterer forskere, at de har designet superhurtige opladningsmetoder, der er skræddersyet til at drive forskellige typer elektriske køretøjsbatterier på 10 minutter eller mindre uden skade.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på efterårsmødet i American Chemical Society (ACS).

"Hurtig opladning er nøglen til at øge forbrugernes tillid og den overordnede anvendelse af elektriske køretøjer," siger Eric Dufek, Ph.D., som præsenterer dette arbejde på mødet. "Det ville gøre det muligt for køretøjsopladning at være meget lig påfyldning på en tankstation." Et sådant fremskridt kan hjælpe USA med at nå præsident Bidens mål om, at i 2030 skal halvdelen af ​​alle solgte køretøjer være elektriske eller hybride.

Opladning af lithium-ion-batterier, der brænder elektriske køretøjer, er en delikat balancegang. Ideelt set ønsker chauffører at tænde så hurtigt som muligt for at komme tilbage på motorvejen, men med den nuværende teknologi kan fremskyndelse af processen forårsage skade. Når et lithium-ion-batteri oplades, migrerer lithium-ioner fra den ene side af enheden, katoden, til den anden side, anoden. Ved at få lithiumionerne til at migrere hurtigere, oplades batteriet hurtigere, men nogle gange bevæger lithiumionerne sig ikke helt ind i anoden. I denne situation kan lithiummetal opbygges, og dette kan udløse tidlig batterifejl. Det kan også få katoden til at slides og revne. Alle disse problemer vil reducere batteriets levetid og køretøjets effektive rækkevidde – dyre og frustrerende konsekvenser for chauffører.

En løsning på denne gåde er at skræddersy opladningsprotokollen på en måde, der optimerer hastigheden, samtidig med at man undgår skader på de mange forskellige typer batteridesign, der i øjeblikket bruges i køretøjer. Men at udvikle optimale protokoller kræver en enorm mængde data om, hvordan forskellige metoder påvirker disse enheders levetid, effektivitet og sikkerhed. Batteriernes design og tilstand samt muligheden for at anvende en given opladningsprotokol med den nuværende elnetinfrastruktur er også nøglevariabler.

For at løse disse udfordringer rapporterer Dufek og hans forskerhold ved Idaho National Laboratory nu brugen af ​​maskinlæringsteknikker, der inkorporerer opladningsdata for at skabe unikke opladningsprotokoller. Ved at indtaste oplysninger om tilstanden af ​​mange lithium-ion-batterier under deres opladnings- og afladningscyklusser trænede forskerne maskinlæringsanalysen til at forudsige levetider og måder, som forskellige designs i sidste ende ville mislykkes. Holdet førte derefter disse data tilbage til analysen for at identificere og optimere nye protokoller, som de derefter testede på rigtige batterier.

"Vi har markant øget mængden af ​​energi, der kan gå ind i en battericelle på kort tid," siger Dufek. "I øjeblikket ser vi, at batterier oplades til over 90 % på 10 minutter uden lithiumplettering eller katodebrud."

At gå fra et næsten dødt batteri til et med 90 % strøm på kun 10 minutter er langt fra de nuværende metoder, som i bedste fald kan få et elektrisk køretøj til at blive fuldt opladet på omkring en halv time. Mens mange forskere leder efter metoder til at opnå denne form for superhurtig opladning, siger Dufek, at en fordel ved deres maskinlæringsmodel er, at den binder protokollerne til fysikken i, hvad der faktisk sker i et batteri.

Forskerne planlægger at bruge deres model til at udvikle endnu bedre metoder og til at hjælpe med at designe nye lithium-ion-batterier, der er optimeret til at gennemgå hurtig opladning. Dufek siger, at det ultimative mål er, at elektriske køretøjer skal være i stand til at "fortælle" ladestationer, hvordan de tænder deres specifikke batterier hurtigt og sikkert. + Udforsk yderligere

Lithium-ion batteri hurtig opladning:En gennemgang