De er overalt – litium-ion-batterier. I alt fra mobiltelefoner og bærbare datamaskiner til droner og elbiler.
Med lav vekt, høy energikapasitet og gode ladeegenskaper er litium-ion-batteriet perfekt i de elektroniske enhetene vi har med på farten.
Selv om det alltid forskes på å utvikle litium-ion-batterier som er mer effektive, varer lenger og lades raskere, har en forskergruppe ved Stanford-universitetet fokusert på å gjøre de batteriene vi allerede har, mer effektive.
De har undersøkt selve lademetoden, og resultatene er offentliggjort i tidsskriftet IEEE Transactions on Control Systems Technology.
Det svakeste leddet
Det er mange ting som kan svekke levetiden til litium-ion-batterier – temperaturendringer, slitasje og antall ladesykluser – særlig superraske oppladninger.
Litium-ion-batterier består av en mengde celler som samles i en pakke.
En eldre type litium-ion-batteri fra VARTA. Vi ser et batteri som en hel pakke, men på innsiden er det tusenvis av celler som lever sitt eget liv. Det er hver enkelt av disse cellene forskerne fra Stanford vil gi isolerte ladehastigheter.
Noen av disse cellene er imidlertid mer levedyktige enn andre. Produksjonsfeil kan gjøre at noen av cellene dør tidligere enn andre.
Noen celler kan også bli utsatt for høy varme eller bli ladet opp mer intensivt enn andre. Dette får dem til å fungere dårligere.
Et litium-ion-batteri er ikke bedre enn sitt svakeste ledd. En dårlig celle kan svekke hele batteripakken.
Når vi i dag lader opp batteriene i for eksempel elbiler eller mobiltelefoner, lader vi opp hele pakken av celler. Det gjør at noen celler lades på en uhensiktsmessig måte – slik at de slites ut raskere.
Når vi kasserer batteriet, kan det altså fortsatt være mange funksjonelle celler igjen.
Datamodell fant løsning
For å finne ut hvordan de kunne skape en mer effektiv lademetode, satte forskergruppen seg som mål å undersøke hva som faktisk skjer inne i et litium-ion-batteri når det brukes over tid.
De utviklet en datamodell som kunne undersøke de fysiske og kjemiske endringene som finner sted i et batteri i løpet av levetiden – både i løpet av noen få sekunder og i løpet av måneder og år.
I datamodellen skapte forskerne simuleringer av ulike situasjoner som kan skade cellene.
Dette ga veldig detaljerte opplysningene om batterislitasje som ikke har vært kjent før.
Les også:
Resultatet talte også for seg etter de første simuleringene med datamodellen. Et batteri kan leve lenger hvis hver enkelt celle lades opp isolert i stedet for hele pakken samtidig.
Med andre ord bør cellene i litium-ion-batteriet lades opp med ulike hastigheter. Ved å styre den mengden strøm som kommer til hver celle i en pakke, utsettes batteriet for mindre slitasje.
Faktisk kan teamets nye lademetode øke batteriets levetid med 20 prosent.
På bakgrunn av resultatene har forskergruppen utarbeidet en håndbok i hvordan for eksempel elbilprodusenter kan ta i bruk teknologien i eksisterende produkter.
Forskerne peker på at metoden kan brukes i flere litium-ion-batteriprodukter, som mobiltelefoner, elektriske tog og droner.