Литий-ионные аккумуляторы функционируют движущимися литиевыми ионами с отрицательного электрода на положительный электрод и в противоположном направлении, когда батарея заряжает. Как часто и точно то, как та батарея используется, определяет продолжительность жизни батареи.
Сложные модели, которые предсказывают старение батареи, существуют и используются для дизайна батареи. Однако более быстрые, более простые модели необходимы, чтобы понять наиболее важные факторы, которые влияют на старение так, чтобы системы управления батареей в гибридных электромобилях, например, могли лучше управлять литий-ионными аккумуляторами.«Мы начали, делая модели определенно для батарей Вольво, которые были настроены на их определенную химию и показали, что модели соответствовали экспериментально», сказал Кристофер Ран, преподаватель машиностроения, Государственного университета Пенсильвании. «Мы тогда сосредоточились на упрощении стареющих моделей.
Теперь, у нас есть окончательная упрощенная стареющая модель вниз к формуле».Исследователи сообщают о своей работе сегодня (30 октября) в Журнале Источников энергии.
По словам Рана, стареет батарея, или ухудшается, сидит ли она на полке или используемая. Главная причина старения литий-ионного аккумулятора – непрерывное формирование слоя твердой межфазы электролита (SEI) в батарее.
Слой SEI должен сформироваться для батареи, чтобы работать, потому что это управляет объемом химических реакций, которые происходят в батарее. Поскольку батарея все время используется, однако, небольшие реакции стороны растут в слое SEI, который уменьшает мощность батареи – сколько из обвинения может держать батарея. Модели позволяют исследователям понимать, как различные факторы затрагивают этот процесс деградации так, чтобы более длинная длительность, больше прибыльных батарей могло быть сделано.
Гибридные электромобили объединяют эффективность электромобилей с властью и долговечностью приведенных в действие бензином транспортных средств, потому что у них есть и питаемый бензином обычный двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, приведенный в действие батареями. Электродвигатель использует регенеративные тормоза, которые берут энергию, которая продвигала автомобиль, и преобразуйте его в механическую энергию, поместив электродвигатель в перемену и замедлив автомобиль.
Электродвигатель действует как генератор и берет электричество, которое произведено, чтобы сохранить в батареях для будущего использования. Это в отличие от обычных тормозных систем, в которых потрачена впустую энергия торможения, когда трение преобразовывает энергию в тепло.По словам исследователей, эта новая простая стареющая формула принимает во внимание только факторы, которые, как показывают, больше всего влияли на литий-ионный аккумулятор, стареющий, затрагивая рост слоя SEI, которые включают состояние заряда, как часто батарея обвиняет/освобождает от обязательств полностью, рабочая температура и ток.«Автомобильные компании могут использовать эту формулу, чтобы определить количество, какие факторы способствуют больше всего в старении и сосредотачиваются больше на них и меньше на всех других факторах, которые не играют такую же большую роль», добавил Танвир Таним, аспирант в машиностроении, Государственном университете Пенсильвании.
Как часть исследования, Таним и Ран сравнили точность их формулы к той из более сложных моделей, использующих коммерчески доступные батареи. Они нашли, что их простая формула работает точно также.«Каждый раз, когда Вы упрощаете модель, есть некоторые потерянные вещи», сказал Ран. «Мы усложнили модели, потому что они очень точны.
Как Вы упрощаете, Вы должны оправдать каждое предположение, что Вы делаете. Я не был уверен, что мы могли упростить модель вниз до формулы. Довольно удивительно явно видеть, как вещи зависят друг от друга».Ран и Таним уже видели выгоду наличия простой формулы к образцовой батарее, стареющей при помощи его, чтобы показать, что увеличение температуры литий-ионных аккумуляторов в гибридных электромобилях расширяет жизнь батареи, которая противоречит тому, что думает большинство исследователей.
Этот эффект был чем-то, что Вольво ранее видела с их батареями, и использующий эту стареющую формулу, Ран и Таним могли объяснить почему.Технология Грузовиков Volvo Group поддержала эту работу.