211service.com
Ett snabbare test för elbilsbatterier
Det tar år att verifiera att en ny batteriteknik kommer att hålla under en hybrid- eller elbils livslängd. Det betyder att batterimaterial som kan kosta mindre och lagra mer energi än dagens batterier försvinner på laboratoriebänkar.
Batteritestare: Detta system laddar och laddar ur 60 battericeller och förutsäger hur länge de kommer att hålla.
Ett nytt sätt att testa litiumjonbatterier kan minska den tiden till några veckor istället för några år, vilket eliminerar en viktig flaskhals som håller batterikostnaderna höga och lagringskapaciteten låg.
Genom att noggrant mäta hur effektivt experimentella batterier lagrar och levererar en elektrisk laddning, Jeff Dahn vid Dalhousie University kan förutsäga hur många gånger battericeller kan laddas och laddas ur – känt som batteriets livslängd. Dahn, en professor i fysik och kemi, försöker också visa att metoden kan förutsäga hur länge ett batteri kommer att hålla på hyllan – känd som kalenderlivslängd.
Tillsammans avgör cykellivslängd och kalenderlivslängd hur länge ett batteri kommer att vara användbart. De är viktiga för att till exempel avgöra hur stort batteripaketet behöver vara för att lagra den annonserade mängden energi under hela bilens livslängd.
Tekniken har fångat biltillverkares uppmärksamhet, som försöker validera och använda den, särskilt som ett verktyg för att förutsäga cykellivslängd. Det kan också tillåta akademiker, som har färre resurser än biltillverkare, att utveckla batterimaterial med verklig kommersiell potential. Vi tror att den här tekniken kan vara väldigt användbar, säger Masaki Matsui, chef för materialforskningsavdelningen på Toyota Research Institute of North America . Han säger att det kommer att identifiera problem med material mycket tidigt i batteriutvecklingen, vilket gör det möjligt för forskare att snabbt sortera igenom kombinationer av batterielektroder och elektrolyter.
En mängd saker kan gå fel i ett batteri. Den viktigaste insikten i Dahns tillvägagångssätt är att många sådana hakar kan dyka upp i ett enda test – mätningen av skillnaden mellan mängden laddning som går in i ett batteri under laddning och mängden som kommer ut när det laddas ur (även kallad coulombisk effektivitet ). Om mindre laddning kommer ut än går in, slösas den energin bort på grund av oönskade reaktioner i batteriet. Dessa förluster ökar: med på varandra följande cykler återgår batteriet mindre och mindre laddning tills det till slut inte kan användas.
Dahn har byggt ett batteriladdningssystem som kan upptäcka mycket små laddningsförluster, som på några veckor identifierar närvaron av livsförkortande reaktioner som annars inte skulle visa sig förrän efter månader eller år av testning. Dahn har använt tekniken för att identifiera subtila förändringar i kemin som kan öka livslängden för en typ av batteri upp till sex gånger.
Sådana exakta tester var inte nödvändiga för litiumjonbatterier när de nästan uteslutande användes för bärbar elektronik som bara måste hålla i några år. Men nu designas batterier för att driva elfordon eller för att lagra energi från solpaneler, och de måste hålla i 10, 15, 20 år eller längre. Över sådana intervall kan även en liten ineffektivitet leda till stora problem.
Dessutom blandar batteritillverkare ihop allt mer komplexa elektrolytcocktails, där varje del avsevärt kan förändra batteriets livslängd. Elektrolyterna har ungefär 10 komponenter. Då vill man utvärdera fler tillsatser. Det är bara en mardröm, säger Dahn. Med konventionella mättekniker, säger han, är det svårt att veta om en förändring du har gjort är bra eller dålig utan att göra ett test som är längre än din karriär. Genom att noggrant mäta coulombisk effektivitet, säger han, på några veckor har du allt.
Mark Mathias, chef för General Motors laboratoriet för elektrokemisk energi i New York, är inte helt övertygad. Vad Jeff gör är en mycket bra diagnostik. Jag håller med om att vi borde använda det, men det är ett verktyg, inte ett universalmedel, säger han. För det första berättar den inte forskarna vad som går fel i en cell. Mathias säger att forskare behöver en mycket bättre förståelse för de bakomliggande orsakerna till effektivitetsförluster. Det skulle hjälpa dem att lösa de problem som Dahns testning identifierar.
Mathias är inte heller säker på att testet kommer att visa sig tillförlitligt för att mäta kalenderliv. Det skulle kunna användas för att hjälpa till att utvärdera batterier, säger han, men den olyckliga verkligheten är att vi inte kan veta säkert att vi har ett accelererat test som efterliknar 10 år om vi inte har testat i 10 år, säger han.
Dahn säger att hans utrustning just nu är tillräckligt noggrann för att tala om för forskare om en viss förändring av batterikemin kommer att göra skillnaden mellan att den håller i 500 laddningscykler (behövs för några år av att köra ett elfordon) eller 1 000. Han arbetar nu med en utrustningstillverkare för att förbättra processen för exakta förutsägelser till cirka 10 000 cykler.