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Nonostante la crescente popolarità dei veicoli elettrici, molti consumatori esitano ancora a fare il passaggio. Uno dei motivi è che ci vuole molto più tempo per alimentare un'auto elettrica rispetto a quella convenzionale. Ma accelerare il processo di ricarica può danneggiare la batteria e ridurne la durata. Ora, gli scienziati riferiscono di aver progettato metodi di ricarica superveloci su misura per alimentare diversi tipi di batterie per veicoli elettrici in 10 minuti o meno senza danni.
I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi alla riunione autunnale dell'American Chemical Society (ACS).
"La ricarica rapida è la chiave per aumentare la fiducia dei consumatori e l'adozione generale dei veicoli elettrici", afferma Eric Dufek, Ph.D., che presenterà questo lavoro alla riunione. "Consentirebbe alla ricarica dei veicoli di essere molto simile al riempimento in una stazione di servizio". Un tale anticipo potrebbe aiutare gli Stati Uniti a raggiungere l'obiettivo del presidente Biden secondo cui entro il 2030 la metà di tutti i veicoli venduti dovrebbe essere elettrica o ibrida.
Caricare le batterie agli ioni di litio che alimentano i veicoli elettrici è un delicato atto di bilanciamento. Idealmente, i conducenti vogliono accendere il più rapidamente possibile per tornare in autostrada, ma con la tecnologia attuale, accelerare il processo può causare danni. Quando una batteria agli ioni di litio viene caricata, gli ioni di litio migrano da un lato del dispositivo, il catodo, all'altro, l'anodo. Facendo migrare più velocemente gli ioni di litio, la batteria viene caricata più rapidamente, ma a volte gli ioni di litio non si spostano completamente nell'anodo. In questa situazione, il litio metallico può accumularsi e questo può causare un guasto precoce della batteria. Può anche causare l'usura e la rottura del catodo. Tutti questi problemi ridurranno la durata della batteria e l'autonomia effettiva del veicolo, con conseguenze costose e frustranti per i conducenti.
Una soluzione a questo enigma è personalizzare il protocollo di ricarica in modo da ottimizzare la velocità evitando danni per i diversi tipi di batterie attualmente utilizzate nei veicoli. Ma lo sviluppo di protocolli ottimali richiede un'enorme quantità di dati su come i vari metodi influenzano la durata, l'efficienza e la sicurezza di questi dispositivi. Anche la progettazione e lo stato delle batterie, nonché la fattibilità dell'applicazione di un determinato protocollo di ricarica con l'attuale infrastruttura della rete elettrica, sono variabili chiave.
Per affrontare queste sfide, Dufek e il suo team di ricerca presso l'Idaho National Laboratory riferiscono ora l'uso di tecniche di apprendimento automatico che incorporano i dati di ricarica per creare protocolli di ricarica unici. Inserendo informazioni sulle condizioni di molte batterie agli ioni di litio durante i loro cicli di carica e scarica, gli scienziati hanno addestrato l'analisi dell'apprendimento automatico per prevedere la durata e i modi in cui diversi progetti alla fine avrebbero fallito. Il team ha quindi reintrodotto quei dati nell'analisi per identificare e ottimizzare nuovi protocolli che hanno poi testato su batterie reali.
"Abbiamo notevolmente aumentato la quantità di energia che può entrare in una cella della batteria in un breve lasso di tempo", afferma Dufek. "Attualmente, le batterie si caricano di oltre il 90% in 10 minuti senza placcatura al litio o rottura del catodo."
Passare da una batteria quasi scarica a una con una potenza del 90% in soli 10 minuti è molto diverso dai metodi attuali, che, nella migliore delle ipotesi, possono far ricaricare completamente un veicolo elettrico in circa mezz'ora. Mentre molti ricercatori sono alla ricerca di metodi per ottenere questo tipo di ricarica super veloce, Dufek afferma che uno dei vantaggi del loro modello di apprendimento automatico è che lega i protocolli alla fisica di ciò che sta effettivamente accadendo in una batteria.
I ricercatori hanno in programma di utilizzare il loro modello per sviluppare metodi ancora migliori e per aiutare a progettare nuove batterie agli ioni di litio ottimizzate per una ricarica rapida. Dufek afferma che l'obiettivo finale è che i veicoli elettrici siano in grado di "dire" alle stazioni di ricarica come alimentare le batterie specifiche in modo rapido e sicuro. + Esplora ulteriormente
