Ondanks de groeiende populariteit van elektrische voertuigen, aarzelen veel consumenten nog om de overstap te maken. Een van de redenen is dat het zo veel langer duurt om een ​​elektrische auto op te laden dan om een ​​conventionele auto op te laden. Maar het versnellen van het laadproces kan de batterij beschadigen en de levensduur verkorten. Nu melden wetenschappers dat ze supersnelle oplaadmethoden hebben ontworpen die zijn aangepast om verschillende soorten accu's van elektrische voertuigen in 10 minuten of minder zonder schade van stroom te voorzien.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"Snel opladen is de sleutel tot het vergroten van het consumentenvertrouwen en de algehele acceptatie van elektrische voertuigen", zegt Eric Dufek, Ph.D., die dit werk op de bijeenkomst presenteert. "Het zou het opladen van voertuigen vergelijkbaar maken met tanken bij een tankstation." Een dergelijke vooruitgang zou de VS kunnen helpen om het doel van president Biden te bereiken dat tegen 2030 de helft van alle verkochte voertuigen elektrisch of hybride moet zijn.

Het opladen van de lithium-ionbatterijen die elektrische voertuigen van brandstof voorzien, is een delicate evenwichtsoefening. Idealiter willen bestuurders zo snel mogelijk weer op de snelweg, maar met de huidige technologie kan het versnellen van het proces schade veroorzaken. Wanneer een lithium-ionbatterij wordt opgeladen, migreren lithiumionen van de ene kant van het apparaat, de kathode, naar de andere, de anode. Door de lithiumionen sneller te laten migreren, wordt de batterij sneller opgeladen, maar soms komen de lithiumionen niet volledig in de anode. In deze situatie kan lithiummetaal zich ophopen en dit kan een vroegtijdige batterijstoring veroorzaken. Het kan er ook voor zorgen dat de kathode slijt en barst. Al deze problemen zullen de levensduur van de batterij en het effectieve bereik van het voertuig verkorten - dure en frustrerende gevolgen voor bestuurders.

Een oplossing voor dit raadsel is om het laadprotocol zo aan te passen dat de snelheid wordt geoptimaliseerd en schade aan de vele verschillende soorten batterijontwerpen die momenteel in voertuigen worden gebruikt, wordt vermeden. Maar het ontwikkelen van optimale protocollen vereist een enorme hoeveelheid gegevens over hoe verschillende methoden de levensduur, efficiëntie en veiligheid van deze apparaten beïnvloeden. Het ontwerp en de staat van batterijen, evenals de haalbaarheid van het toepassen van een bepaald laadprotocol met de huidige infrastructuur van het elektriciteitsnet, zijn ook belangrijke variabelen.

Om deze uitdagingen aan te gaan, rapporteren Dufek en zijn onderzoeksteam bij Idaho National Laboratory nu het gebruik van machine learning-technieken die oplaadgegevens bevatten om unieke oplaadprotocollen te creëren. Door informatie in te voeren over de toestand van veel lithium-ionbatterijen tijdens hun laad- en ontlaadcycli, trainden de wetenschappers de machine learning-analyse om de levensduur te voorspellen en de manieren waarop verschillende ontwerpen uiteindelijk zouden falen. Het team voerde die gegevens vervolgens weer in de analyse in om nieuwe protocollen te identificeren en te optimaliseren die ze vervolgens op echte batterijen hebben getest.

"We hebben de hoeveelheid energie die in korte tijd in een batterijcel kan gaan aanzienlijk verhoogd", zegt Dufek. "Momenteel zien we dat batterijen in 10 minuten tot meer dan 90% worden opgeladen zonder lithium-plating of kathodescheuren."

In slechts 10 minuten van een bijna lege batterij naar een batterij met 90% vermogen gaan, staat ver af van de huidige methoden, waarmee een elektrisch voertuig in het beste geval in ongeveer een half uur volledig kan worden opgeladen. Hoewel veel onderzoekers op zoek zijn naar methoden om dit soort supersnel opladen te bereiken, zegt Dufek dat een voordeel van hun machine learning-model is dat het de protocollen koppelt aan de fysica van wat er feitelijk in een batterij gebeurt.

De onderzoekers zijn van plan hun model te gebruiken om nog betere methoden te ontwikkelen en om te helpen bij het ontwerpen van nieuwe lithium-ionbatterijen die zijn geoptimaliseerd om snel te worden opgeladen. Dufek zegt dat het uiteindelijke doel is dat elektrische voertuigen laadstations kunnen "vertellen" hoe ze hun specifieke batterijen snel en veilig kunnen opladen. + Verder verkennen

Lithium-ionbatterij snel opladen:een recensie