U sicretu di una longa vita di e batterie ricaricabili puderia stà in un abbracciu di a differenza. Una nova modelizazione di cume e cellule à ioni di litiu in un pacchettu si degradanu mostra un modu per adattà a carica à a capacità di ogni cellula in modu chì e batterie EV possinu gestisce più cicli di carica è evità guasti.

A ricerca, publicata u 5 di nuvembre inTransazzioni IEEE nantu à a tecnulugia di i sistemi di cuntrollu, mostra cumu a gestione attiva di a quantità di corrente elettrica chì scorre versu ogni cellula in un pacchettu, invece di furnisce una carica uniforme, pò minimizà l'usura. L'approcciu permette efficacemente à ogni cellula di campà a so vita megliu - è a più longa.

Sicondu a prufessore di Stanford è autore senior di u studiu Simona Onori, e simulazioni iniziali suggerenu chì e batterie gestite cù a nova tecnulugia puderanu trattà almenu u 20% in più di cicli di carica-scarica, ancu cù cariche rapide frequenti, ciò chì mette una tensione supplementare nantu à a batteria.

A maiò parte di i sforzi precedenti per prulungà a vita di a batteria di e vitture elettriche si sò cuncentrati nantu à u miglioramentu di a cuncepzione, di i materiali è di a fabricazione di e singole cellule, basendu si nantu à a premessa chì, cum'è i ligami di una catena, un pacchettu di batterie hè bonu quant'è a so cellula più debule. U novu studiu principia cù a capiscitura chì, mentre i ligami debuli sò inevitabili - per via di l'imperfezioni di fabricazione è perchè alcune cellule si degradanu più velocemente di altre quandu sò esposte à stress cum'è u calore - ùn anu micca bisognu di fà cascà tuttu u pacchettu. A chjave hè di adattà i tassi di carica à a capacità unica di ogni cellula per impedisce i guasti.

«S'elle ùn sò micca affrontate currettamente, l'eterogeneità trà cellule ponu compromettere a longevità, a salute è a sicurezza di un paccu di batterie è induce un malfunzionamentu precoce di u paccu di batterie», hà dettu Onori, chì hè assistente prufessore d'ingegneria scientifica energetica à a Stanford Doerr School of Sustainability. «U nostru approcciu equalizza l'energia in ogni cellula di u paccu, purtendu tutte e cellule à u statu di carica finale miratu in modu equilibratu è migliurendu a longevità di u paccu».

Ispiratu à custruisce una batteria di un milione di chilometri

Una parte di l'impulsu per a nova ricerca ricolla à un annunziu di u 2020 da Tesla, a cumpagnia di vitture elettriche, di travagliu nantu à una "batteria di un milione di chilometri". Questa saria una batteria capace di alimentà una vittura per 1 milione di chilometri o più (cù una carica regulare) prima di ghjunghje à u puntu induve, cum'è a batteria à ioni di litiu in un vechju telefunu o laptop, a batteria di u veiculu elettricu hà troppu poca carica per esse funzionale.

Una tale batteria supererebbe a garanzia tipica di i fabricatori d'automobili per e batterie di veiculi elettrici di ottu anni o 160.000 chilometri. Ancu s'è i pacchi batteria duranu abitualmente più di a so garanzia, a fiducia di i cunsumatori in i veiculi elettrici puderia esse rinfurzata se i rimpiazzamenti costosi di i pacchi batteria diventanu ancu più rari. Una batteria chì pò ancu mantene una carica dopu à migliaia di ricariche puderia ancu facilità a strada per l'elettrificazione di i camion à longa distanza, è per l'adozione di i cosiddetti sistemi veiculu-rete, in i quali e batterie EV immagazzinanu è spediscenu energia rinnuvevule per a rete elettrica.

«Hè statu spiegatu dopu chì u cuncettu di batteria di un milione di chilometri ùn era micca veramente una nova chimica, ma solu un modu per fà funziunà a batteria senza fà la aduprà tutta a gamma di carica», hà dettu Onori. A ricerca cunnessa s'hè cuncentrata nantu à e singole cellule à ioni di litiu, chì generalmente ùn perdenu micca a capacità di carica cusì rapidamente cum'è e batterie piene.

Intrigate, Onori è dui circadori in u so laburatoriu - u studiosu postdottoratu Vahid Azimi è u studiente di dutturatu Anirudh Allam - anu decisu di investigà cumu a gestione inventiva di i tipi di batterie esistenti puderia migliurà e prestazioni è a durata di vita di un pacchettu di batterie cumpletu, chì pò cuntene centinaie o migliaia di cellule.

Un mudellu di batteria d'alta fideltà

Cum'è un primu passu, i circadori anu creatu un mudellu urdinatore d'alta fedeltà di u cumpurtamentu di a batteria chì rapprisentava accuratamente i cambiamenti fisichi è chimichi chì si verificanu in una batteria durante a so vita operativa. Certi di sti cambiamenti si svolgenu in pochi secondi o minuti - altri in mesi o ancu anni.

«À a nostra cunniscenza, nisun studiu precedente hà utilizatu u tipu di mudellu di batteria à alta fedeltà è multi-scala temporale chì avemu creatu», hà dettu Onori, chì hè direttore di u Stanford Energy Control Lab.

L'esecuzione di simulazioni cù u mudellu hà suggeritu chì un pacchettu di batterie mudernu pò esse ottimizatu è cuntrullatu abbracciendu e differenze trà e so cellule custituenti. Onori è i so culleghi prevedenu chì u so mudellu serà adupratu per guidà u sviluppu di sistemi di gestione di batterie in l'anni à vene chì ponu esse facilmente implementati in i disinni di veiculi esistenti.

Ùn sò micca solu i veiculi elettrichi chì ne prufittanu. Praticamente ogni applicazione chì "stressa assai a batteria" puderia esse una bona candidata per una megliu gestione infurmata da i novi risultati, hà dettu Onori. Un esempiu? Aerei simili à droni cù decollo è atterraggio verticale elettricu, qualchì volta chjamati eVTOL, chì alcuni imprenditori prevedenu chì operanu cum'è taxi aerei è furniscenu altri servizii di mobilità aerea urbana in u prossimu decenniu. Eppuru, altre applicazioni per e batterie ricaricabili à ioni di litiu sò attraenti, cumprese l'aviazione generale è u almacenamentu à grande scala di energie rinnuvevuli.

«E batterie à ioni di litiu anu digià cambiatu u mondu in tanti modi», hà dettu Onori. «Hè impurtante chì prufittemu u più pussibule di sta tecnulugia trasfurmativa è di i so successori à vene».