Badacze z Uniwersytetu Stanforda postanowili sprawdzić, czy degradacja ogniw Li-ion stosowanych w samochodach elektrycznych faktycznie jest taka, jaką producenci ogniw wymodelowali w swoich laboratoriach. Okazuje się, że baterie mają w elektrykach lepiej niż w testerach i zużywają się nawet o 38 procent wolniej niż wynika to z dotychczasowych eksperymentów. Niestety, eksperyment przeprowadzono na ogniwach Li-NCA, które w Europie spotykane są głównie w Teslach Model S i X.
Kolejne dobre wieści dotyczące baterii Li-ion. Jak zwykle trzeba było poczekać
Z bateriami Li-ion jest jak z winem: na efekty trzeba poczekać. Dotyczy to zarówno testów dotyczących degradacji, jak też eksperymenty z nowymi elektrodami czy elektrolitami. Badacze z Uniwersytetu Stanforda na warsztat wzięli 92 dostępne komercyjnie ogniwa z anodami grafitowymi domieszkowanymi krzemem oraz katodami nikiel-kobalt-glin (Li-NCA). Badali je przez dwa lata. Gdyby postępowali typowo, ustawiliby w testerze ładowania i rozładowywania w przedziale 0-100 lub 20-80 procent, różne moce, i obserwowaliby efekty.
Ale naukowcom chodziło o większy realizm eksperymentu. Dlatego stworzyli 47 profili pracy, w ramach których ogniwa były dynamicznie rozładowywane mocami od C/16 do C/2 (1/16 do 1/2 pojemności), co w samochodzie elektrycznym odpowiadałoby przyspieszaniu, jeździe ze stałą szybkością, ogólnie: uczestnictwu w normalnym ruchu drogowym, zarówno jeździe miejskiej, jak też podmiejskiej, z drogami szybkiego ruchu. Okazało się, że tak traktowane ogniwa Li-ion mogą żyć nawet o 38 procent dłużej niż wynikałoby z normalnych symulacji. Za optimum uznano przedziały pracy wynoszące między 0,3 a 0,5 C (~C/3 do C/2).
Różne ścieżki testowania ogniw Li-ion. Od góry po lewej (Protocol type): 1) stałe natężenie, 2) okresowo, 3) syntetyczny, 4) realna jazda. Ostatni blok w drugiej kolumnie od lewej odpowiada autobusom miejskim (c) Alexis Geslin, Le Xu, Devi Ganapathi, Kevin Moy, William C. Chueh & Simona Onori / Stanford University; źródło
Wszystkie ogniwa były ładowane z mocą C/2, dostawały też energię w symulowanym procesie rekuperacji. Najszybszy spadek pojemności zauważono przy stałym natężeniu (kolor pomarańczowy, czerwony, bordowy na wykresach poniżej), a więc w warunkach, które stosują producenci ogniw Li-ion do badania degradacji ogniw! Przy dynamicznie zmieniającym się obciążeniu ogniwa traciły pojemność wolniej (szare linie). Z naszego punktu widzenia równie zaskakujący jest fakt, że większe obciążenia przekładają się na wolniejszą degradację, spadek pojemności jest najwolniejszy przy C/2, ogniwa przeżywały 1 400 i więcej cykli pracy:
Spadek pojemności ogniw (SOH) w zależności od mocy rozładowywania (C/10, C/5, C/2) oraz liczby pełnych cykli pracy (EFC)
Naukowcy oszacowali, że stosowane przez producentów testy ze stałymi natężeniami rozładowywania zaniżają realne możliwości ogniw. Może to się przekładać na obniżenie prognozowanego zasięgu nawet o 314 000 kilometrów (!). To nie wszystko: testy syntetyczne oparte na jeździe miejskiej powodowały szybszy wzrost rezystancji wewnętrznej ogniw niż eksperymenty oparte na drogach szybkiego ruchu. Z tego wynika, że jeśli mamy elektryka z bateriami Li-NCA, dobrze jest go „przeganiać” po autostradzie.
Warto poczytać: Dynamic cycling enhances battery lifetime
Nota od redakcji Elektrowozu: pamiętajmy o zastrzeżeniu ze wstępu. Użyto ogniw z katodami NCA. Teraz w wielu samochodach stosuje się NCM lub LFP, gdzie wyniki mogłyby być zupełnie inne. Oczywiście istnieje pewne prawdopodobieństwo, że byłyby zbliżone z racji użycia litu jako nośnika energii, ale… to nie jest oczywiste.
