باتری ماشینت یه سوم بیشتر دووم میاره! 😲 خبر خوب برای خریداران برقی

عمر باتری ماشینای برقی بیشتر از چیزی که فکر می‌کردیمه!

یه تحقیق تازه که دانشمندا توی مرکز باتری SLAC-استنفورد انجام دادن، نشون می‌ده که باتری‌های ماشین برقی توی شرایط واقعی استفاده – مثل ترافیک سنگین، مسافت‌های طولانی توی اتوبان، رفت و آمدهای کوتاه شهری و بیشتر اوقات پارک بودن – می‌تونن حدود یه سوم بیشتر از پیش‌بینی‌های قبلی دوام بیارن. این یعنی احتمالاً یه مالک ماشین برقی معمولی، چند سال اضافی نیازی به عوض کردن باتری گرون‌قیمت یا خریدن یه ماشین نو نداره.

معمولاً دانشمندا و مهندسین باتری، عمر چرخه‌های طراحی‌های جدید باتری رو توی آزمایشگاه‌ها با تخلیه ثابت و بعد شارژ مجدد تست می‌کنن. این چرخه رو سریع و پشت سر هم تکرار می‌کنن تا زودتر بفهمن طراحی جدید، برای عمر مناسب هست یا نه. اما طبق این تحقیق که 9 دسامبر توی مجله Nature Energy منتشر شده، این روش برای پیش‌بینی عمر باتری‌های ماشینای برقی، مخصوصاً برای کسایی که از این ماشینا برای رفت و آمد روزانه استفاده می‌کنن، درست نیست.

درسته که قیمت باتری‌ها توی 15 سال گذشته حدود 90 درصد کم شده، ولی هنوزم باتری‌ها تقریباً یه سوم قیمت یه ماشین نو رو تشکیل می‌دن. پس، این خبر می‌تونه برای راننده‌های فعلی و آینده‌ی ماشین‌های برقی خوشحال‌کننده باشه. سیمونا اونوری، نویسنده‌ی اصلی و استاد علوم و مهندسی انرژی توی مدرسه پایداری دور استنفورد می‌گه: “ما باتری‌های ماشینای برقی رو درست تست نکردیم.” و ادامه می‌ده: “به طور غیرمنتظره‌ای، رانندگی توی دنیای واقعی با شتاب‌گیری و ترمز گرفتنای مکرر که باتری‌ها رو یه کم شارژ می‌کنه، و توقف برای خرید و استراحت دادن به باتری‌ها برای چند ساعت، باعث می‌شه باتری‌ها بیشتر از اون چیزی که با آزمایش‌های استاندارد صنعتی فکر می‌کردیم، دوام بیارن.”

یه سورپرایز خوب!

محققین چهار نوع پروفایل تخلیه‌ی باتری ماشینای برقی طراحی کردن، از تخلیه‌ی ثابتی که استاندارد بود تا یه تخلیه‌ی پویا که بر اساس اطلاعات واقعی رانندگی بود. تیم تحقیق، 92 تا باتری لیتیوم-یونی تجاری رو به مدت بیشتر از دو سال با این پروفایل‌های تخلیه آزمایش کردن. در نهایت، هر چی پروفایل‌ها به رفتارهای واقعی رانندگی نزدیک‌تر بودن، عمر ماشینای برقی هم بیشتر شد.

این تحقیق نشون می‌ده که عوامل مختلفی تو این عمر طولانی غیرمنتظره‌ی باتری‌ها نقش دارن. یه الگوریتم یادگیری ماشینی که بر اساس تمام اطلاعاتی که تیم جمع‌آوری کرده بود آموزش داده شده بود، به شناسایی اثرات پروفایل‌های تخلیه‌ی پویا روی کاهش کیفیت باتری کمک کرد.

تحقیق جدید: تاثیر شتاب‌های کوتاه روی عمر باتری‌های الکتریکی

این تحقیق نشون داد که بین شتابای تند و کوتاه توی ماشینای الکتریکی و کاهش عمر باتری‌ها یه رابطه‌ای وجود داره. این نتیجه با چیزایی که محققای باتری، حتی خود این تیم توی این تحقیق، فکر می‌کردن فرق داره؛ چون اونا اعتقاد داشتن که حداکثر شتاب‌ها برای باتری‌های الکتریکی ضرر داره. ولی فشار دادن پدال گاز با شدت، باعث زودتر پیر شدن باتری نمی‌شه. بلکه، به قول الکسیس گسلین، یکی از سه نویسنده‌ی اصلی این تحقیق و دانشجوی دکتری رشته‌های علم مواد و مهندسی و علوم کامپیوتر توی دانشکده مهندسی استنفورد، این کار حتی می‌تونه باعث کند شدن این روند بشه.

دو راه برای پیر شدن باتری

تیم تحقیق همچنین فرق بین پیر شدن باتری به خاطر چرخه‌های شارژ و دشارژ زیاد رو با پیر شدنی که فقط به مرور زمان اتفاق می‌افته، بررسی کرد. باتری‌های خونگی‌تون که سال‌ها توی یه کشو بلااستفاده موندن، دیگه مثل موقعی که خریدین‌شون خوب کار نمی‌کنن، یا شاید هم اصلاً کار نکنن. گسلین گفت: “ما مهندسای باتری فکر می‌کردیم که پیر شدن بر اثر چرخه‌ها خیلی مهم‌تر از پیر شدن بر اثر زمانه.” و ادامه داد: “این موضوع بیشتر برای ماشینای الکتریکی تجاری مثل اتوبوس‌ها و ون‌های تحویل، که تقریباً همیشه دارن استفاده می‌شن یا شارژ می‌شن، درسته.” او اضافه کرد: “برای مصرف‌کننده‌هایی که از ماشینای الکتریکی‌شون برای رفتن به سر کار، بردن بچه‌ها به مدرسه، خرید از فروشگاه و بیشتر اوقات بدون استفاده یا حتی شارژ کردن استفاده می‌کنن، زمان به عامل اصلی پیری نسبت به چرخه‌ها تبدیل می‌شه.”

این تحقیق یه نقطه‌ی بهینه برای نرخ دشارژ متوسط پیدا کرده که تعادل رو بین پیر شدن بر اثر زمان و پیر شدن بر اثر چرخه‌ها برقرار می‌کنه، حداقل برای باتری تجاری که آزمایش کردن. خوشبختانه، این بازه توی محدوده‌ی رانندگی واقعی ماشینای الکتریکی مصرف‌کننده‌ها قرار داره. خودروسازا می‌تونن نرم‌افزار مدیریت باتری ماشینای الکتریکی‌شون رو آپدیت کنن تا از این یافته‌های جدید استفاده کنن و عمر باتری رو توی شرایط واقعی به حداکثر برسونن.

نگاهی به آینده

لِ ژو، پژوهشگر پسا دکتری توی علم و مهندسی انرژی، گفت: “توی آینده، ارزیابی شیمی‌ها و طراحی‌های جدید باتری با پروفایل‌های تقاضای واقعی خیلی مهم خواهد بود.” و اضافه کرد: “محققان الان می‌تونن مکانیسم‌های پیر شدن فرضی رو توی سطح شیمیایی، مواد و سلول‌ها دوباره بررسی کنن تا یه درک عمیق‌تر پیدا کنن. این کار، توسعه‌ی الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته‌ای‌ رو آسون‌تر می‌کنه که استفاده از معماری‌های باتری تجاری موجود رو بهینه می‌کنه.”

این تحقیق همچنین نشون می‌ده که تاثیراتش فراتر از باتری‌ها می‌ره. دانشمندا و مهندسا می‌تونن اصول این تحقیق رو به بقیه‌ی کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی و همینطور به بقیه‌ی مواد و دستگاه‌ها توی علوم فیزیکی که پیر شدن توشون مهمه، مثل پلاستیک‌ها، شیشه‌ها، سلول‌های خورشیدی و بعضی از بیومواد که توی ایمپلنت‌ها استفاده می‌شن، اعمال کنن. آنوری گفت: “این کار نشون می‌ده که چقدر مهمه که چند تا حوزه‌ی تخصصی رو با هم ترکیب کنیم – از علم مواد، کنترل و مدل‌سازی تا یادگیری ماشین – تا نوآوری رو پیش ببریم.”

“`