De er over det hele – lithium-ion-batterier. Fra mobiltelefoner og bærbare computere til droner og el-biler.
Med sin lette vægt, effektive evne til at fastholde energi, og muligheden for at lade sig genoplade, er lithium-ion-batteriet perfekt i de elektroniske enheder, vi har med på farten.
Selvom der konstant forskes i at udvikle nye effektive lithium-ion-batterityper, der kan holde længere og oplades hurtigere, så har en forskergruppe fra Stanford University fokuseret på at gøre de batterier, vi allerede har, mere effektive.
De har undersøgt selve opladningsmetoden, og deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet IEEE Transactions on Control Systems Technology.
Det svageste led
Der er mange ting, der kan forringe lithium-ion-batteriers levetid – temperaturændringer, slitage og genopladninger – særligt superhurtige opladninger.
Lithium-ion-batterier består af en masse celler, der samles i en pakke, og derved udgør et helt batteri.
En ældre model af et lithium-ion-batteri af VARTA. Vi ser mest et batteri som en hel pakke, men inden i er der tusindvis af celler, som lever deres eget liv. Det er hver enkelt af disse celler, som forskerne fra Stanford vil give individuelle opladningshastigheder.
Nogle af disse celler er dog mere levedygtige end andre. Ved for eksempel fabriksfejl kan nogle celler dø hurtigere end andre.
Nogle celler kan også blive udsat for høj varme eller blive genopladet mere intensivt end andre. Dette får dem også til at fungere dårligere.
Lithium-ion-batterier er derfor ikke bedre end deres svageste led. En dårlig celle kan forringe hele batteripakkens effektivitet.
Når vi i dag oplader vores batterier i for eksempel vores elbil eller mobiltelefon, så oplader vi hele pakken af celler. Det har den konsekvens, at nogle celler oplades uhensigtsmæssigt og opslides hurtigere.
Når vi kasserer batteriet, kan der altså stadig være mange funktionelle celler tilbage.
Computermodel fandt løsning
For at finde ud af, hvordan de kunne skabe en mere effektiv opladningsmetode, satte forskerholdet sig for at undersøge, hvad der faktisk sker inde i et lithium-ion-batteri, når det bruges over længere tid.
De udviklede en computermodel, der kunne undersøge de fysiske og kemiske ændringer, der finder sted i et batteri i løbet af dets levetid – både hen over få sekunder og minutter til måneder og år.
I computermodelen skabte forskerne simuleringer af forskellige situationer, som kan stresse og presse celler.
Dette gav nogle meget detaljerede oplysninger i batteri-slitage, som ikke er kendt før.
Læs også:
Resultatet talte også for sig selv, da de første simuleringer i computermodelen var kørt igennem. Et batteri kan leve længere, hvis hver enkelt celle oplades isoleret frem for hele pakken på samme tid.
Med andre ord skal lithium-ion-batteriets celler oplades med forskellige hastigheder. Ved aktivt at styre den mængde af elektrisk strøm, som flyder til hver celle i en pakke, så udsættes batteriet for mindre slid.
Faktisk kan holdets nye opladningsmetode øge batteriets levetid med 20 procent.
På baggrund af deres resultater, har forskerholdet lavet en guide til, hvordan for eksempel elbilfabrikanter kan implementere teknikken i deres allerede eksisterende produkter.
Forskerne peger på, at metoden kan bruges i flere lithium-ion-batteriprodukter som mobiltelefoner, eldrevne tog og droner.