Vurdering af batteriydelse:Sammenlignet med hvad?

Forskere må ofte spørge sig selv, i forhold til hvad? Hvordan er de resultater, vi genererer i laboratoriet sammenlignet med dem, som andre har opnået? Hvordan er vores teoretiske beregninger sammenlignet med eksperimentelle data?

At besvare sådanne spørgsmål er især afgørende for forskere og udviklere af lithium-ion-batterier. Opfundet for fire årtier siden, lithium-ion-batterier driver nu de fleste bærbare elektronik såsom bærbare computere og elværktøj. De udvikles også til at imødekomme de høje krav til energilagring til at drive elbiler og elnet. Nye designs med forskellige sammensætninger af elektrode og elektrolyt - de to nøglebatterikomponenter - kommer konstant online.

At vurdere, om en innovation inden for elektrode- eller elektrolytmateriale faktisk er en forbedring, kræver at man sammenligner den med andre testresultater. Imidlertid, der er ingen "one size fits all" standard for batteritestning. Metoder til at teste batterier kan variere meget.

Argonne batteriforsker Ira Bloom bemærker, "Industriingeniører og forskere fra statslige og akademiske laboratorier udtænker ofte deres egne procedurer til karakterisering af lithium-ion-batterier baseret på batteriteknologiens tilsigtede anvendelse. Dette gør sammenligningen af ​​enhver teknologisk innovation ekstremt kompliceret."

Et hold fra det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory, University of Warwick, OVO energi, Hawaii National Energy Institute, og Jaguar Land Rover har gennemgået litteraturen om de forskellige metoder, der bruges rundt om i verden til at karakterisere ydeevnen af ​​lithium-ion-batterier for at give indsigt i bedste praksis.

Typisk, batteriforskere bruger tre parametre til at definere elektrokemisk ydeevne:kapacitet, åben kredsløbsspænding, og modstand. Kapacitet er et mål for den samlede ladning, der er lagret i et batteri. Åbningsspændingen er den spænding, der er tilgængelig fra et batteri uden strøm. Det repræsenterer batteriets maksimale spænding. Modstanden er den grad, hvori komponentmaterialerne hæmmer strømmen af ​​elektrisk strøm, resulterer i et spændingsfald.

Problemet er, at afhængig af batterianvendelse, forskere kan måle disse parametre under forskellige testbetingelser (temperatur, udledningshastighed, ladetilstand, etc.), og derved opnå en anden batterilevetid. Batteri modstand, for eksempel, kan måles med enten jævnstrøm eller vekselstrøm.

"Det er kompliceret, " bemærker Anup Barai, en hovedforsker og seniorforsker ved University of Warwick. "Relevansen af ​​en test afhænger af, hvad investigator studerer. Vores gennemgang giver vejledning om den mest passende testmetode til en given situation." Til det formål, holdet har lavet en letanvendelig tabel, der sammenligner otte testmetoder, inklusive det vigtigste nødvendige udstyr, den genererede information, og fordele og ulemper for hver.

"Vores håb, " tilføjer Bloom, "er, at vores resultater en dag kan føre til mere pålideligt sammenlignelige metoder til at teste lithium-ion-batterier skræddersyet til forskellige applikationer."

Studiet, med titlen "En sammenligning af metoder til ikke-invasiv karakterisering af kommercielle Li-ion-celler, " optrådte for nylig i onlineversionen af ​​tidsskriftet Fremskridt inden for energi- og forbrændingsvidenskab .