Una batteria agli ioni di litio per auto elettriche che si è rotta dopo una ricarica rapida standard del settore. Credito:Ozkan Lab/UCR
Le stazioni di ricarica rapida commerciali sottopongono le batterie delle auto elettriche a temperature elevate e a un'elevata resistenza che possono causarne la rottura, perdere, e perdere la loro capacità di archiviazione, scrivere ingegneri presso l'Università della California, Riverside in un nuovo studio pubblicato su Stoccaggio di energia . Per rimediare a questo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per caricare a temperature più basse con meno rischio di danni catastrofici e perdita di capacità di stoccaggio.
Mihri Ozkan, un professore di ingegneria elettrica e informatica e Cengiz Ozkan, professore di ingegneria meccanica al Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, ha guidato un gruppo che ha caricato un set di batterie cilindriche agli ioni di litio Panasonic NCR 18650B scariche, trovato nelle auto Tesla, utilizzando lo stesso metodo di ricarica rapida del settore dei caricabatterie veloci che si trovano lungo le autostrade.
Hanno anche caricato un set utilizzando un nuovo algoritmo di ricarica rapida basato sulla resistenza interna della batteria, che interferisce con il flusso degli elettroni. La resistenza interna di una batteria varia in base alla temperatura, stato di carica, età della batteria, e altri fattori. L'elevata resistenza interna può causare problemi durante la ricarica.
Il metodo di ricarica UC Riverside Battery Team è un sistema adattivo che apprende dalla batteria controllando la resistenza interna della batteria durante la ricarica. Riposa quando interviene la resistenza interna per eliminare la perdita di capacità di carica.
Per i primi 13 cicli di ricarica, le capacità di accumulo della batteria per entrambe le tecniche di ricarica sono rimaste simili. Dopo di che, però, la tecnica di ricarica rapida del settore ha fatto sì che la capacità si esaurisse molto più velocemente:dopo 40 cicli di ricarica le batterie conservavano solo il 60% della loro capacità di stoccaggio. Le batterie caricate con il metodo di carica della resistenza interna hanno mantenuto una capacità superiore all'80% dopo il 40° ciclo.
All'80% della capacità, le batterie ricaricabili agli ioni di litio hanno raggiunto la fine della loro vita utile per la maggior parte degli scopi. Le batterie caricate utilizzando il metodo di ricarica rapida industriale hanno raggiunto questo punto dopo 25 cicli di ricarica, mentre le batterie del metodo di resistenza interna erano buone per 36 cicli.
Differenza nella capacità di carica delle batterie dei veicoli elettrici caricate a resistenza interna rispetto all'industria. Credito:Sebastian et. al.
"La ricarica rapida industriale influisce negativamente sulla durata delle batterie agli ioni di litio a causa dell'aumento della resistenza interna delle batterie, che a sua volta porta alla generazione di calore, ", ha detto il dottorando e co-autore Tanner Zerrin.
Peggio, dopo 60 cicli di ricarica, le custodie delle batterie del metodo industriale si sono rotte, esponendo gli elettrodi e l'elettrolita all'aria e aumentando il rischio di incendio o esplosione. Le alte temperature di 60 gradi Celsius/140 gradi Fahrenheit hanno accelerato sia il danno che il rischio.
"Perdita di capacità, danni chimici e meccanici interni, e il calore elevato per ogni batteria sono i principali problemi di sicurezza, soprattutto considerando che sono 7, 104 batterie agli ioni di litio in una Tesla Model S e 4, 416 in una Tesla Model 3, " Ha detto Mihri Ozkan.
La carica della resistenza interna ha prodotto temperature molto più basse e nessun danno.
"Il nostro algoritmo di ricarica rapida adattivo alternativo ha ridotto la dissolvenza della capacità ed eliminato le fratture e i cambiamenti nella composizione nelle celle delle batterie commerciali, " Disse Cengiz Ozkan.
"La proposta di ricarica rapida adattiva offre una nuova prospettiva per la progettazione di una tecnologia di ricarica rapida per veicoli elettrici con migliori prestazioni di sicurezza e una maggiore durata della batteria, "Bo Dong, ha detto uno studente di dottorato e co-autore di carta.
I ricercatori hanno richiesto un brevetto sull'algoritmo di ricarica rapida a resistenza interna adattativa che potrebbe essere concesso in licenza dai produttori di batterie e automobili. Intanto, l'UCR Battery Team raccomanda di ridurre al minimo l'uso di caricabatterie rapidi commerciali, ricarica prima che la batteria sia completamente scarica, e prevenire il sovraccarico.
