Siri ya maisha marefu ya betri zinazoweza kuchajiwa tena inaweza kuwa katika tofauti kubwa. Mfano mpya wa jinsi seli za lithiamu-ion kwenye pakiti zinavyoharibika unaonyesha njia ya kurekebisha kuchaji kulingana na uwezo wa kila seli ili betri za EV ziweze kushughulikia mizunguko zaidi ya kuchaji na kuzuia hitilafu.

Utafiti huo, uliochapishwa Novemba 5 katikaMiamala ya IEEE kwenye Teknolojia ya Mifumo ya Udhibiti, inaonyesha jinsi kudhibiti kikamilifu kiasi cha mkondo wa umeme unaotiririka kwa kila seli kwenye pakiti, badala ya kutoa chaji kwa usawa, kunaweza kupunguza uchakavu. Mbinu hii inaruhusu kila seli kuishi maisha yake bora - na marefu zaidi.

Kulingana na profesa wa Stanford na mwandishi mkuu wa utafiti Simona Onori, simulizi za awali zinaonyesha kuwa betri zinazosimamiwa na teknolojia mpya zinaweza kushughulikia angalau mizunguko ya kutokwa kwa chaji kwa angalau 20% zaidi, hata kwa kuchaji haraka mara kwa mara, jambo ambalo huongeza mzigo kwenye betri.

Jitihada nyingi za awali za kuongeza muda wa matumizi ya betri ya gari la umeme zimelenga kuboresha muundo, vifaa, na utengenezaji wa seli moja, kwa kuzingatia dhana kwamba, kama viungo kwenye mnyororo, pakiti ya betri ni nzuri tu kama seli yake dhaifu zaidi. Utafiti mpya unaanza kwa kuelewa kwamba ingawa viungo dhaifu haviepukiki - kwa sababu ya kasoro za utengenezaji na kwa sababu baadhi ya seli huharibika haraka kuliko zingine zinapokabiliwa na mikazo kama vile joto - hazihitaji kupunguza pakiti nzima. Jambo la msingi ni kurekebisha viwango vya kuchaji kulingana na uwezo wa kipekee wa kila seli ili kuzuia hitilafu.

"Ikiwa haitashughulikiwa ipasavyo, tofauti za seli hadi seli zinaweza kuathiri maisha marefu, afya, na usalama wa pakiti ya betri na kusababisha hitilafu ya mapema ya pakiti ya betri," alisema Onori, ambaye ni profesa msaidizi wa uhandisi wa sayansi ya nishati katika Shule ya Uendelevu ya Stanford Doerr. "Mbinu yetu inasawazisha nishati katika kila seli kwenye pakiti, na kuzileta seli zote kwenye hali ya mwisho ya chaji kwa njia iliyo sawa na kuboresha maisha marefu ya pakiti."

Imehamasishwa kujenga betri ya maili milioni

Sehemu ya msukumo wa utafiti mpya inaanzia tangazo la 2020 la Tesla, kampuni ya magari ya umeme, la kufanya kazi kwenye "betri ya maili milioni." Hii itakuwa betri yenye uwezo wa kuendesha gari kwa maili milioni 1 au zaidi (kwa kuchaji mara kwa mara) kabla ya kufikia hatua ambapo, kama betri ya lithiamu-ion kwenye simu au kompyuta ya zamani, betri ya EV ina chaji kidogo sana kuweza kufanya kazi.

Betri kama hiyo ingezidi udhamini wa kawaida wa watengenezaji magari kwa betri za magari ya umeme wa miaka minane au maili 100,000. Ingawa vifurushi vya betri hudumu mara kwa mara kuliko udhamini wao, imani ya watumiaji katika magari ya umeme inaweza kuimarishwa ikiwa ubadilishaji wa vifurushi vya betri ghali ungekuwa mdogo zaidi. Betri ambayo bado inaweza kushikilia chaji baada ya maelfu ya kuchajiwa inaweza pia kurahisisha njia ya umeme wa malori ya masafa marefu, na kwa ajili ya kupitishwa kwa mifumo inayoitwa ya gari-hadi-gridi, ambapo betri za EV zingehifadhi na kusambaza nishati mbadala kwa gridi ya umeme.

"Baadaye ilielezwa kwamba dhana ya betri ya maili milioni haikuwa kemia mpya, bali ilikuwa njia tu ya kuendesha betri kwa kutoifanya itumie kiwango kamili cha kuchaji," Onori alisema. Utafiti unaohusiana umejikita kwenye seli moja za lithiamu-ion, ambazo kwa ujumla hazipotezi uwezo wa kuchaji haraka kama vile vifurushi kamili vya betri.

Akiwa amevutiwa, Onori na watafiti wawili katika maabara yake - msomi wa postdoctoral Vahid Azimi na mwanafunzi wa PhD Anirudh Allam - waliamua kuchunguza jinsi usimamizi bunifu wa aina zilizopo za betri unavyoweza kuboresha utendaji na maisha ya huduma ya pakiti kamili ya betri, ambayo inaweza kuwa na mamia au maelfu ya seli.

Mfano wa betri wa hali ya juu

Kama hatua ya kwanza, watafiti waliunda mfumo wa kompyuta wa hali ya juu wa tabia ya betri ambao uliwakilisha kwa usahihi mabadiliko ya kimwili na kemikali yanayotokea ndani ya betri wakati wa maisha yake ya kufanya kazi. Baadhi ya mabadiliko haya hutokea katika sekunde au dakika chache - mengine kwa miezi au hata miaka.

"Kwa kadri ya ufahamu wetu, hakuna utafiti uliopita uliotumia aina ya modeli ya betri ya kiwango cha juu na ya muda mwingi tuliyounda," alisema Onori, ambaye ni mkurugenzi wa Maabara ya Kudhibiti Nishati ya Stanford.

Kuendesha simulizi kwa kutumia modeli hiyo kulionyesha kwamba pakiti ya kisasa ya betri inaweza kuboreshwa na kudhibitiwa kwa kukumbatia tofauti kati ya seli zake zinazoiunda. Onori na wenzake wanafikiri modeli yao itatumika kuongoza maendeleo ya mifumo ya usimamizi wa betri katika miaka ijayo ambayo inaweza kutumika kwa urahisi katika miundo iliyopo ya magari.

Sio magari ya umeme pekee yanayoweza kunufaika. Karibu programu yoyote ambayo "inasisitiza betri sana" inaweza kuwa mgombea mzuri wa usimamizi bora unaotokana na matokeo mapya, Onori alisema. Mfano mmoja? Ndege zinazofanana na drone zenye kupaa na kutua kwa umeme wima, wakati mwingine huitwa eVTOL, ambazo baadhi ya wajasiriamali wanatarajia kufanya kazi kama teksi za anga na kutoa huduma zingine za usafiri wa anga mijini katika muongo mmoja ujao. Hata hivyo, programu zingine za betri za lithiamu-ion zinazoweza kuchajiwa tena zinavutia, ikiwa ni pamoja na usafiri wa anga wa jumla na uhifadhi mkubwa wa nishati mbadala.

"Betri za Lithiamu-ion tayari zimebadilisha ulimwengu kwa njia nyingi," Onori alisema. "Ni muhimu tupate kadri tuwezavyo kutoka kwa teknolojia hii ya mabadiliko na waandamizi wake wajao."