بطاريات السيارات الكهربائية الخاضعة للاستخدام العادي للسائقين في العالم الحقيقي مثل حركة المرور الكثيفة، الرحلات الطويلة على الطريق السريع، الرحلات القصيرة في المدينة،وربما تستمر حوالي ثلث الوقت الذي توقعه الباحثون بشكل عام، وفقا لدراسة جديدة من قبل العلماء الذين يعملون في مركز البطارية SLAC-ستانفورد،مركز مشترك بين معهد Precourt للطاقة بجامعة ستانفورد ومختبر السرعة الوطني SLACهذا يشير إلى أن مالك سيارة كهربائية نموذجية قد لا يحتاج إلى استبدال بطارية باهظة الثمن أو شراء سيارة جديدة لعدة سنوات إضافية.

تقريباً دائماً، قام علماء البطارية والمهندسون باختبار عمر دورة تصاميم البطارية الجديدة في المختبرات باستخدام معدل ثابت للتفريغ تليها إعادة الشحن.إنهم يكررون هذه الدورة بسرعة مرات عديدة ليتعلموا بسرعة ما إذا كان التصميم الجديد جيدًا أم لا للعمر المتوقع، من بين صفات أخرى.

هذه ليست طريقة جيدة للتنبؤ بعمر بطاريات السيارات الكهربائية، خاصة بالنسبة للأشخاص الذين يمتلكون سيارات الكهرباء للنقل اليومي، وفقًا للدراسة المنشورة في 9 ديسمبر في Nature Energy.في حين انخفضت أسعار البطاريات بنحو 90% خلال السنوات الـ15 الماضية، لا تزال البطاريات تمثل ما يقرب من ثلث سعر سيارة كهربائية جديدة. لذلك، قد يسعد المسافرين الحاليين والمستقبليين للسيارات الكهربائية بمعرفة أن العديد من الأميال الإضافية تنتظرهم.

"لم نكن نختبر بطاريات السيارات الكهربائية بالطريقة الصحيحة"، قالت سيمونا أونوري، المؤلفة الكبرى وأستاذة مشاركة في علوم الطاقة والهندسة في كلية ستانفورد دوير للاستدامة."إلى مفاجأتنا"، القيادة الحقيقية مع تسريع متكرر، والفرامل التي تشحن البطاريات قليلا، وتوقف للقفز في متجر، والسماح للبطاريات للراحة لساعات في وقت واحد،يساعد البطاريات على الإستمرار لفترة أطول مما كنا نظن بناءً على اختبارات المختبرات القياسية في الصناعة.

مفاجأة سارة

صمم الباحثون أربعة أنواع من ملفات تفريغ السيارات الكهربائية، من التفريغ الثابت القياسي إلى التفريغ الديناميكي على أساس بيانات القيادة الحقيقية.اختبر فريق البحث 92 بطارية ليثيوم أيون تجارية لأكثر من عامين عبر ملامح التفريغفي النهاية، كلما عكست الملفات الشخصية بشكل واقعي سلوك القيادة الفعلي، ارتفع متوسط العمر المتوقع للسيارات.

عدة عوامل تسهم في طول العمر غير المتوقع، كما وجدت الدراسة.ساعدت خوارزمية التعلم الآلي التي تم تدريبها على جميع البيانات التي جمعها الفريق في تحديد تأثيرات ملفات التفريغ الديناميكية على تدهور البطارية.

على سبيل المثال، أظهرت الدراسة وجود علاقة بين التسارع الحاد والقصير للسيارات الكهربائية وتدهور أبطأ.بما في ذلك فريق هذه الدراسة، أن ذروات التسارع ضارة ببطاريات السيارات الكهربائية. الضغط على الدواسة بقدمك بقوة لا يسرع الشيخوخة. إن كان أي شيء، فإنه يبطئها، شرح أليكسيس Geslin،أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة و طالب دكتوراه في علوم المواد والهندسة و في علوم الكمبيوتر في كلية ستانفورد للهندسة.

طريقتان للشيخوخة

بحث فريق البحث أيضا عن اختلافات في شيخوخة البطارية بسبب العديد من دورات الشحن والتفريغ مقابل شيخوخة البطارية التي تأتي مع مرور الوقت.البطاريات في منزلك التي بقيت غير مستخدمة في درج لسنوات لن تعمل بشكل جيد كما عندما اشتريتها، إذا كانوا يعملون على الإطلاق.

نحن مهندسو البطاريات افترضنا أن عملية الشيخوخة الدورية أكثر أهمية بكثير من الشيخوخة الناجمة عن الزمن.هذا ينطبق في الغالب على المركبات الكهربائية التجارية مثل الحافلات وشاحنات التوصيل التي تكون دائما تقريبا إما في الاستخدام أو يتم شحنهاقال غيسلين: "بالنسبة للمستهلكين الذين يستخدمون سياراتهم الكهربائية للذهاب إلى العمل، والتقاط أطفالهم، والذهاب إلى محلات البقالة، ولكن في الغالب لا يستخدمونها أو حتى شحنها،الوقت يصبح السبب الرئيسي للشيخوخة على ركوب الدراجات.

الدراسة تحدد نقطة حلوة متوسط معدل تفريغ للتوازن بين الشيخوخة الزمنية والشيخوخة الدورية على الأقل للبطارية التجارية التي اختبروهاتلك النافذة في نطاق قيادة السيارات الكهربائية الاستهلاكية الواقعيةيمكن لمصنعي السيارات تحديث برنامج إدارة بطارية السيارات الكهربائية للاستفادة من النتائج الجديدة وتعظيم عمر البطارية في ظل ظروف العالم الحقيقي.

ننظر للأمام

"في المستقبل، سيكون من المهم حقاً تقييم كيمياء البطارية الجديدة وتصميماتها مع ملفات الطلب الواقعية"، قال عالم علوم الطاقة والهندسة بعد الدكتوراه لو شو.يمكن للباحثين الآن إعادة النظر في آليات الشيخوخة المفترضة في الكيمياء، المواد، ومستويات الخلايا لتعميق فهمهم. وهذا سوف يسهل تطوير خوارزميات التحكم المتقدمة التي تعمل على تحسين استخدام بنيات البطارية التجارية الحالية.

وتشير الدراسة إلى أن الآثار تمتد إلى ما وراء البطاريات. يمكن للعلماء والمهندسين تطبيق المبادئوكذلك للمواد والأجهزة الأخرى في العلوم الفيزيائية التي الشيخوخة حاسمة، مثل البلاستيك والزجاج والخلايا الشمسية وبعض المواد الحيوية المستخدمة في الزرع.

وأوضح أن هذا العمل يسلط الضوء على قوة دمج مجالات متعددة من الخبرة من علم المواد والتحكم والنمذجة إلى التعلم الآلي لتعزيز الابتكار.

إعادة طباعة من تقرير ستانفورد