Цэнэглэдэг батерейны урт хугацааны ашиглалтын нууц нь ялгааг тэврэхэд оршиж магадгүй юм. Багц дахь лити-ион батерейнууд хэрхэн мууддаг талаарх шинэ загварчлал нь цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерейнууд илүү олон цэнэглэлтийн мөчлөгийг даван туулж, эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд батерей бүрийн багтаамжид тохируулан цэнэглэх аргыг харуулж байна.

Судалгааг 11-р сарын 5-нд нийтэлсэн.Хяналтын системийн технологийн IEEE гүйлгээ, нь цэнэг жигд дамжуулахын оронд багц дахь эс бүрт урсаж буй цахилгаан гүйдлийн хэмжээг идэвхтэй удирдах нь элэгдэл, эвдрэлийг хэрхэн багасгаж болохыг харуулж байна. Энэ арга нь эс бүрийг хамгийн сайн бөгөөд хамгийн урт хугацаанд ашиглах боломжийг олгодог.

Стэнфордын их сургуулийн профессор, ахлах судалгааны зохиолч Симона Оноригийн хэлснээр, анхны симуляци нь шинэ технологиор удирддаг батерейнууд нь батерейд нэмэлт ачаалал өгдөг хурдан цэнэглэлттэй байсан ч дор хаяж 20% илүү цэнэглэлт-цэнэггүйдлийн циклийг тэсвэрлэх чадвартай болохыг харуулж байна.

Цахилгаан машины батерейны ашиглалтын хугацааг уртасгах өмнөх ихэнх хүчин чармайлтууд нь гинжин хэлхээний холбоосууд шиг батерейны блок нь хамгийн сул элементээрээ л сайн гэсэн таамаглал дээр үндэслэсэн дан элементийн дизайн, материал, үйлдвэрлэлийг сайжруулахад чиглэгдэж байсан. Шинэ судалгаа нь үйлдвэрлэлийн төгс бус байдлаас болон зарим элемент нь дулаан гэх мэт стресст өртөх үед бусдаасаа илүү хурдан задардаг тул сул холбоосууд зайлшгүй байдаг ч бүхэл бүтэн блокийг унагаах шаардлагагүй гэдгийг ойлгосноор эхэлж байна. Гол нь эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд цэнэглэх хурдыг элемент бүрийн өвөрмөц хүчин чадалд тохируулах явдал юм.

"Хэрэв зохих ёсоор шийдвэрлэхгүй бол эс хоорондын олон янз байдал нь батерейны ашиглалтын хугацаа, эрүүл мэнд, аюулгүй байдалд сөргөөр нөлөөлж, батерейны эрт үеийн эвдрэлд хүргэж болзошгүй" гэж Стэнфордын Доэррын Тогтвортой Байдлын Сургуулийн эрчим хүчний шинжлэх ухааны инженерийн туслах профессор Онори хэлэв. "Бидний арга барил нь батерейны эс бүрийн энергийг тэнцвэржүүлж, бүх эсийг тэнцвэртэй байдлаар эцсийн зорилтот цэнэгийн төлөвт хүргэж, батерейны ашиглалтын хугацааг сайжруулдаг."

Сая милийн зай барих урам зориг

Шинэ судалгааны нэг хэсэг нь цахилгаан автомашины компани болох Тесла 2020 онд "сая милийн зай" дээр ажиллах тухай зарлалаас үүдэлтэй юм. Энэ нь хуучин утас эсвэл зөөврийн компьютерын лити-ион зай шиг цахилгаан машины зай хэт бага цэнэг барьж ажиллахад хүрэхээс өмнө машиныг 1 сая миль буюу түүнээс дээш зайд (ердийн цэнэглэлтээр) ажиллуулах чадвартай зай юм.

Ийм батерей нь автомашин үйлдвэрлэгчдийн цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерейны ердийн баталгаат хугацаанаас найман жил буюу 100,000 милийн хугацаанаас давж гарах болно. Хэдийгээр батерейны багцууд нь баталгаат хугацаанаасаа илүү удаан эдэлгээтэй байдаг ч үнэтэй батерейны багцыг солих нь улам ховор болвол цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд хэрэглэгчдийн итгэлийг нэмэгдүүлэх боломжтой. Хэдэн мянган удаа цэнэглэсний дараа ч цэнэгээ хадгалах чадвартай батерей нь хол замын ачааны машиныг цахилгаанжуулах, цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерей нь сэргээгдэх эрчим хүчийг хадгалж, цахилгаан сүлжээнд дамжуулах тээврийн хэрэгслээс сүлжээнд холбох системийг нэвтрүүлэхэд хялбар болгож чадна.

"Хожим нь сая милийн зайны тухай ойлголт нь үнэндээ шинэ химийн зүйл биш, харин зайг бүрэн цэнэгийн хүрээнд ашиглахгүйгээр ажиллуулах арга зам гэж тайлбарласан" гэж Онори хэлэв. Холбогдох судалгаанууд нь дан лити-ион эсүүд дээр төвлөрсөн бөгөөд эдгээр нь ерөнхийдөө бүрэн цэнэглэгдсэн зай шиг хурдан цэнэгийн багтаамжаа алддаггүй.

Сонирхолд автсан Онори болон түүний лабораторийн хоёр судлаач - докторын дараах эрдэмтэн Вахид Азими, докторын оюутан Анирудх Аллам нар одоо байгаа батерейны төрлүүдийг шинэлэг байдлаар удирдах нь хэдэн зуун эсвэл мянган эс агуулсан бүрэн батерейны гүйцэтгэл болон ашиглалтын хугацааг хэрхэн сайжруулж болохыг судлахаар шийджээ.

Өндөр хүчин чадалтай батерейны загвар

Эхний алхам болгон судлаачид батерейны ашиглалтын хугацаанд дотор нь явагддаг физик болон химийн өөрчлөлтийг үнэн зөв харуулсан батерейны зан төлөвийн өндөр нарийвчлалтай компьютерийн загварыг боловсруулсан. Эдгээр өөрчлөлтүүдийн зарим нь хэдхэн секунд эсвэл минутын дотор, зарим нь хэдэн сар эсвэл бүр хэдэн жилийн дотор үүсдэг.

"Бидний мэдэхийн хэрээр бидний бүтээсэн өндөр хүчин чадалтай, олон удаагийн хэмжүүртэй батерейны загварыг өмнөх ямар ч судалгаа ашиглаагүй" гэж Стэнфордын Эрчим Хүчний Хяналтын Лабораторийн захирал Онори хэлэв.

Загвартай симуляци хийх нь орчин үеийн батерейны багцыг түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох ялгааг харгалзан оновчтой болгож, хянах боломжтой болохыг харуулж байна. Онори болон түүний хамтрагчид өөрсдийн загварыг ирэх жилүүдэд одоо байгаа тээврийн хэрэгслийн загварт хялбархан байршуулж болох батерейны удирдлагын системийг хөгжүүлэхэд чиглүүлэхэд ашиглана гэж төсөөлж байна.

Зөвхөн цахилгаан тээврийн хэрэгсэл ашиг тусаа өгөхгүй. "Батерейны багтаамжийг ихээр нэмэгдүүлдэг" бараг бүх хэрэглээ нь шинэ үр дүнгээс үүдэлтэй илүү сайн менежментийн сайн нэр дэвшигч байж болно гэж Онори хэлэв. Нэг жишээ бол цахилгаан босоо хөөрөлт, газардлагатай дрон шиг нисэх онгоц бөгөөд заримдаа eVTOL гэж нэрлэгддэг бөгөөд зарим бизнес эрхлэгчид үүнийг агаарын такси болгон ашиглаж, дараагийн арван жилд хотын агаарын хөдөлгөөний бусад үйлчилгээг үзүүлэх болно гэж найдаж байна. Гэсэн хэдий ч цэнэглэдэг лити-ион батерейны бусад хэрэглээ, түүний дотор ерөнхий нисэх хүчин, сэргээгдэх эрчим хүчний томоохон хэмжээний хадгалалт зэрэг нь сонирхолтой юм.

"Литийн ион батерейнууд дэлхийг олон талаар өөрчилсөн" гэж Онори хэлэв. "Энэхүү хувьсгалт технологи болон түүний дараагийн залгамжлагчдаас аль болох ихийг авах нь чухал юм."