Chcesz spowolnić degradację baterii? Pokaż czasem kierowcom aut spalinowych, kto szybciej rusza spod świateł. Lub wyprzedza

Badacze z Uniwersytetu Stanforda twierdzą, że cackanie się z bateriami i chuchanie i dmuchanie na nie wcale nie jest dla nich najzdrowsze. Kierowcy samochodów elektrycznych, którzy czasem zdecydują się na przetestowanie dynamiki swoich aut, mogą wydłużyć życie akumulatorów nawet o 38 procent. Stojąca za tym fizyka wydaje się zaskakująco intuicyjna, chociaż w przypadku ogniw Li-ion nawet tematy „oczywiste” nierzadko okazują się mocno skomplikowane.

Charakterystyka pracy ogniw Li-ion a ich starzenie

W ogniwie Li-ion jony litu przepływają z katody do anody, gdy dochodzi do ładowania, i z anody (grafit) do katody (np. NCx), kiedy ogniwo się rozładowuje. Ale typowa jazda samochodem elektrycznym to nieustanne rozładowywanie (przyspieszanie, utrzymanie tempa) i ładowanie baterii (rekuperacja), więc coś, co na papierze brzmi spokojnie i statecznie, w rzeczywistości przypomina szalone pląsy z teledysku Push the Tempo Fatboy Slima. Bo jony litu płyną w tę i z powrotem:

Z badań naukowców ze Stanforda wynika, że praca ogniw, która polega na pulsacji i odpoczynku, została zbadana przy intensywnej eksploatacji, lecz niewiele wiemy na jej temat, gdy użycie jest typowe, spokojne, a ogniwa dodatkowo się starzeją. Trudno bowiem zmusić baterie do tego, by postarzały się o kilka lat, gdy minęło zaledwie kilka dni. Dlatego badacze postanowili zasymulować pracę 92 różnych rodzajów dostępnych komercyjnie ogniw w 47 różnych schematach rozładowania przez 24 miesiące z, to ważne, anodami wykonanymi z grafitu i doładowanymi krzemem oraz katodami nikiel-kobalt-glin, NCA (czytaj: nowoczesnymi, ale rzadkimi w Europie, gdzie częste są NCM, nikiel-kobalt-mangan, nie mówiąc o LFP).

Okazało się, że intensywna eksploatacja pozwoliła na wydłużenie czasu życia ogniw Li-ion (=spowolnienie degradacji) nawet o 38 procent, a serum młodości wydaje się przebiegać przy rozładowaniach wynoszących 0,3-0,5 C, czyli wcale nie tak dużo (0,5 C dla baterii 80 kWh to 40 kW/54 KM). Ważne okazały się też wzrosty poboru mocy z częstotliwością wynoszącą średnio 0,8 mHz. „Mili” to 1/1000 herca, czyli 1 cykl na 1 000 sekund. 0,8 mHz to 8 cykli na 10 000 sekund, czyli zaledwie 8 wzrostów poboru mocy na 166,7 minuty, 2 godziny 47 minut. W zaokrągleniu: niemal trzy intensywniejsze rozładowania na 1 godzinę.

Dlaczego tak jest? Otóż warstwa pasywna wiążąca jony litu na elektrodach we wnętrzu ogniw może ulec uszkodzeniu i uwolnić część z nich (=dobre zjawisko), gdy pojawia się wyższe zapotrzebowanie na moc. Wyższe zapotrzebowanie pozwala też na wypędzenie jonów z głębszych struktur elektrody. Albo innymi słowy: można obchodzić się z bateriami Li-ion delikatnie, stabilnie, jednak lepiej jest pokazać im raz na pewien czas, kto tu rządzi. Pomoże to w odzyskaniu związanych wcześniej jonów, które przy typowej eksploatacji nie wróciłyby do obiegu. Trzeba to jednak robić z głową, bez szaleństw.

Nota od redakcji Elektrowozu: to całkiem zabawne, że w przypadku silników spalinowych było podobnie. Gdy samochód stawał się ospały, mechanicy radzili go „pogonić”. Raz, żeby wypalić osady, dwa, żeby przestawić komputer decydujący o składzie mieszanki. W przypadku aut z silnikami V6 i większymi oznaczało to naprawdę szaleńczą jazdę na torze, ale faktycznie działało.

Nota 2: pozostaje tylko pytanie o koszty opon… 😉