211service.com
Een snellere test voor elektrische autobatterijen
Het duurt jaren om te verifiëren dat een nieuwe batterijtechnologie net zo lang meegaat als een hybride of elektrische auto. Dat betekent dat batterijmaterialen die misschien minder kosten en meer energie kunnen opslaan dan de huidige batterijen, wegkwijnen op laboratoriumbanken.
Batterijtester: Dit systeem laadt en ontlaadt 60 accucellen en voorspelt hoe lang ze meegaan.
Een nieuwe manier om lithium-ionbatterijen te testen, zou die tijd kunnen verkorten tot een paar weken in plaats van een paar jaar, waardoor een belangrijk knelpunt wordt geëlimineerd dat de batterijkosten hoog houdt en de opslagcapaciteit laag.
Door nauwkeurig te meten hoe efficiënt experimentele batterijen een elektrische lading opslaan en afgeven, Jeff Dahn van Dalhousie University kan voorspellen hoe vaak batterijcellen kunnen worden opgeladen en ontladen, ook wel de levensduur van de batterij genoemd. Dahn, hoogleraar natuurkunde en scheikunde, probeert ook aan te tonen dat de methode kan voorspellen hoe lang een batterij meegaat op de plank, de zogenaamde kalenderlevensduur.
Samen bepalen de levensduur van de batterij en de levensduur van de kalender hoe lang een batterij meegaat. Ze zijn essentieel om bijvoorbeeld te bepalen hoe groot het batterijpakket moet zijn om de geadverteerde hoeveelheid energie op te slaan gedurende de hele levensduur van de auto.
De techniek heeft de aandacht getrokken van autofabrikanten, die het proberen te valideren en te gebruiken, met name als een hulpmiddel om de levensduur van de cyclus te voorspellen. Het zou academici, die over minder middelen beschikken dan autofabrikanten, ook in staat kunnen stellen batterijmaterialen te ontwikkelen met echt commercieel potentieel. We denken dat deze techniek heel nuttig kan zijn, zegt Masaki Matsui, manager van de afdeling materiaalonderzoek bij Toyota Research Institute of North America . Hij zegt dat het problemen met materialen al heel vroeg in de ontwikkeling van batterijen zal identificeren, waardoor onderzoekers snel combinaties van batterij-elektroden en elektrolyten kunnen doorzoeken.
Er kan van alles misgaan in een batterij. Het belangrijkste inzicht van Dahn's benadering is dat veel van dergelijke problemen zich kunnen voordoen in een enkele test - de meting van het verschil tussen de hoeveelheid lading die tijdens het opladen in een batterij gaat en de hoeveelheid die eruit komt wanneer deze wordt ontladen (ook wel coulombefficiëntie genoemd ). Als er minder lading uitkomt dan erin gaat, wordt die energie verspild door ongewenste reacties in de batterij. Deze verliezen lopen op: met opeenvolgende cycli keert de batterij steeds minder terug totdat deze uiteindelijk niet meer bruikbaar is.
Dahn heeft een batterij-oplaadsysteem gebouwd dat zeer kleine laadverliezen kan detecteren en binnen een paar weken de aanwezigheid van levensverkortende reacties kan identificeren die anders pas na maanden of jaren van testen zouden optreden. Dahn heeft de techniek gebruikt om subtiele veranderingen in de chemie te identificeren die de levensduur van één type batterij tot zes keer kunnen verlengen.
Dergelijke nauwkeurige tests waren niet nodig voor lithium-ionbatterijen toen ze bijna volledig werden gebruikt voor draagbare elektronica die maar een paar jaar meegaat. Maar nu worden batterijen ontworpen om elektrische voertuigen van stroom te voorzien of om energie van zonnepanelen op te slaan, en ze moeten 10, 15, 20 jaar of langer meegaan. Over dergelijke overspanningen kan zelfs een kleine inefficiëntie tot grote problemen leiden.
Bovendien verwarren batterijfabrikanten steeds complexere elektrolytcocktails, waarvan elk onderdeel de levensduur van een batterij aanzienlijk kan veranderen. De elektrolyten hebben ongeveer 10 componenten. Dan wil je meer additieven evalueren. Het is gewoon een nachtmerrie, zegt Dahn. Met conventionele meettechnieken, zegt hij, is het moeilijk om te weten of een verandering die je hebt aangebracht goed of slecht is zonder een test te doen die langer is dan je carrière. Door de coulombefficiëntie nauwkeurig te meten, zegt hij, heb je binnen een paar weken alles.
Mark Mathias, zaakvoerder van General Motors elektrochemisch energieonderzoekslab in New York, is niet helemaal overtuigd. Wat Jeff doet is een zeer goede diagnose. Ik ben het ermee eens dat we het zouden moeten gebruiken, maar het is een hulpmiddel, geen wondermiddel, zegt hij. Om te beginnen vertelt het onderzoekers niet wat er mis gaat in een cel. Mathias zegt dat onderzoekers een veel beter begrip nodig hebben van de onderliggende oorzaken van efficiëntieverliezen. Dat zou hen helpen de problemen op te lossen die door de tests van Dahn worden geïdentificeerd.
Mathias weet ook niet zeker of de test betrouwbaar zal zijn voor het meten van de levensduur van de kalender. Het zou kunnen worden gebruikt om batterijen te evalueren, zegt hij, maar de ongelukkige realiteit is dat we niet zeker kunnen weten of we een versnelde test hebben die 10 jaar nabootst, tenzij we 10 jaar hebben getest, zegt hij.
Dahn zegt dat zijn apparatuur op dit moment nauwkeurig genoeg is om onderzoekers te vertellen of een bepaalde verandering in de batterijchemie het verschil zal maken tussen 500 oplaadcycli (nodig voor een paar jaar rijden met een elektrisch voertuig) of 1.000. Hij werkt nu samen met een fabrikant van apparatuur om het proces voor nauwkeurige voorspellingen te verbeteren tot ongeveer 10.000 cycli.