Ένα ερευνητικό πρόγραμμα που χρηματοδοτείται από την Toyota βρήκε μια πρακτική φόρτισης που παρατείνει εντυπωσιακά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Το προηγούμενο διάστημα, δημοσιεύτηκε μια μελέτη όπου ένα εργαστήριο που χρηματοδοτείται από την Tesla, ανακάλυψε ότι η συνεχής χρήση μπαταριών φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LFP) σε υψηλότερη κατάσταση φόρτισης, επηρέασε αρνητικά την υγεία της μπαταρίας, διαψεύδοντας τις υπάρχουσες αντιλήψεις σχετικά με τις πρακτικές φόρτισης των μπαταριών LFP.
Αυτή τη φορά, μια νέα μελέτη που χρηματοδοτήθηκε από το Ερευνητικό Ινστιτούτο της Toyota, στο πλαίσιο του προγράμματος Accelerated Materials Design and Discovery, έρχεται να δώσει περισσότερα στοιχεία για τις μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων.
Η μελέτη που δημοσιεύτηκε στην επιστημονική ερευνητική εφημερίδα Joule, αναφέρει ότι υπάρχει ένας νέος τρόπος που συμβάλλει στην ενίσχυση της υγείας της μπαταρίας και την ελαχιστοποίηση των αρνητικών συνεπειών από τη φόρτιση.
Αύξηση διάρκειας ζωής έως και 70%
Οι ερευνητές από το Κέντρο Μπαταριών SLAC-Stanford, δήλωσαν ότι η φόρτιση των μπαταριών ιόντων λιθίου για πρώτη φορά σε ασυνήθιστα υψηλές ταχύτητες, παρατείνει τη διάρκεια ζωής τους κατά μέσο όρο 50%, ενώ μπορεί να φτάσει ακόμη και το 70%.
Στη μελέτη αναφέρεται ότι: “Ο σχηματισμός είναι ένα κρίσιμο βήμα στην κατασκευή μπαταριών. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, καταναλώνεται απόθεμα λιθίου για να σχηματιστεί η ενδιάμεση φάση στερεού ηλεκτρολύτη (SEI), η οποία με τη σειρά της καθορίζει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας”. Όλα αυτά μπορεί να ακούγονται κάπως ακαταλαβίστικα, όμως θα μπορούσαν να αποδωθούν με απλούς όρους ως εξής:
Πριν καν συνδέσετε το ηλεκτρικό σας αυτοκίνητο για πρώτη φορά στην πρίζα για να το φορτίσετε, το πακέτο υποβάλλεται σε ένα κρίσιμο βήμα στη διαδικασία κατασκευής που ονομάζεται “σχηματισμός”. Σε αυτό αναφέρεται η παραπάνω παράγραφος. Αυτό συμβαίνει συνήθως στο τέλος της διαδικασίας παραγωγής, όπου λαμβάνουν χώρα οι αρχικοί, προσεκτικά ελεγχόμενοι, κύκλοι φόρτισης και εκφόρτισης του πακέτου μπαταριών.
Οι αρχικοί κύκλοι φόρτισης, σταθεροποιούν τη συστοιχία μπαταριών και βοηθούν στην ενεργοποίηση των υλικών εντός των κυψελών. Η διαδικασία αυτή επηρεάζει την απόδοση, τη μακροζωία και τη συνολική ποιότητα της μπαταρίας. Θα μπορούσαμε να το παρομοιάσουμε με το κούρδισμα ενός μουσικού οργάνου πριν χρησιμοποιηθεί. Το κούρδισμα είναι καθοριστικής σημασίας, διότι επηρεάζει το παραγόμενο αποτέλεσμα.
Ακριβώς αντίθετη πρακτική
Κατά τη διάρκεια της έρευνας, επιστήμονες μπαταριών από το SLAC-Stanford, το Toyota Research Institute, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης και το Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον, πραγματοποίησαν 186 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, σε 62 πρωτόκολλα διαμόρφωσης.
Όταν διοχετεύθηκε υψηλή ισχύς στο πακέτο για πρώτη φορά, οι κυψέλες έχασαν στην πραγματικότητα μέρος της περιεκτικότητάς τους σε λίθιο, έως και 30% σε σύγκριση με το 9% με τις παραδοσιακές μεθόδους πρώτης φόρτισης.
Αλλά “αυτή η απώλεια λιθίου στον πρώτο κύκλο δεν είναι μάταιη”, ανέφερε η SLAC-Stanford. “Το χαμένο λίθιο γίνεται μέρος του SEI που σχηματίζεται στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου κατά την πρώτη φόρτιση”. Αυτό το στρώμα ουσιαστικά προστατεύει το αρνητικό ηλεκτρόδιο όπου η απώλεια λιθίου μπορεί να επιταχυνθεί με την πάροδο του χρόνου. Αυτό έχει συνολικά θετική επίδραση στη συνολική διάρκεια ζωής του πακέτου.
Η έκθεση αναφέρει πως αυτή η πρακτική, είναι η ακριβώς αντίθετη από εκείνη που ακολουθούν συνήθως οι κατασκευαστές, δηλαδή να δίνουν στις μπαταρίες χαμηλή ισχύ κατά την πρώτη τους φόρτιση. Αυτό καθιστά τη διαδικασία χρονοβόρα και αποτελεί ένα από τα κύρια σημεία συμφόρησης στην κατασκευή μπαταριών.
Χωρίς τον κατάλληλο σχηματισμό, μια μπαταρία δεν θα λειτουργούσε όπως προβλέπεται. Αλλά τώρα, φαίνεται πως υπάρχει ένας τρόπος να εξοικονομήσουμε χρόνο και ενδεχομένως να παρατείνουμε ακόμη και την ηλικία της μπαταρίας.
Με αυτή τη νέα τεχνική, καθώς η απώλεια λιθίου συμβαίνει λόγω υψηλού αρχικού ρεύματος, θα υπάρχει “πρόσθετο κενό κεφαλής και στα δύο ηλεκτρόδια”. Αυτό θα βοηθούσε τελικά “στη βελτίωση της απόδοσης και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας”.