रिचार्जेबल बैटरियों के लंबे जीवन का रहस्य अंतर के आलिंगन में छिपा हो सकता है।एक पैक में लिथियम-आयन कोशिकाएं कैसे ख़राब होती हैं, इसका नया मॉडलिंग प्रत्येक सेल की क्षमता के अनुसार चार्जिंग को अनुकूलित करने का एक तरीका दिखाता है ताकि ईवी बैटरियां अधिक चार्ज चक्रों को संभाल सकें और विफलता को रोक सकें।

शोध, 5 नवंबर को प्रकाशित हुआनियंत्रण प्रणाली प्रौद्योगिकी पर आईईईई लेनदेन, दिखाता है कि समान रूप से चार्ज देने के बजाय, एक पैक में प्रत्येक सेल में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा की मात्रा को सक्रिय रूप से प्रबंधित करने से टूट-फूट को कैसे कम किया जा सकता है।यह दृष्टिकोण प्रभावी ढंग से प्रत्येक कोशिका को अपना सर्वश्रेष्ठ - और सबसे लंबा - जीवन जीने की अनुमति देता है।

स्टैनफोर्ड के प्रोफेसर और वरिष्ठ अध्ययन लेखक सिमोना ओनोरी के अनुसार, प्रारंभिक सिमुलेशन से पता चलता है कि नई तकनीक से प्रबंधित बैटरियां कम से कम 20% अधिक चार्ज-डिस्चार्ज चक्र को संभाल सकती हैं, यहां तक ​​​​कि लगातार तेज चार्जिंग के साथ, जो बैटरी पर अतिरिक्त दबाव डालता है।

इलेक्ट्रिक कार बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए पिछले अधिकांश प्रयासों ने एकल कोशिकाओं के डिजाइन, सामग्री और विनिर्माण में सुधार पर ध्यान केंद्रित किया है, इस आधार पर कि, एक श्रृंखला में लिंक की तरह, एक बैटरी पैक केवल अपनी सबसे कमजोर सेल जितना ही अच्छा होता है।नया अध्ययन इस समझ के साथ शुरू होता है कि हालांकि कमजोर कड़ियां अपरिहार्य हैं - निर्माण संबंधी खामियों के कारण और क्योंकि कुछ कोशिकाएं दूसरों की तुलना में तेजी से नष्ट हो जाती हैं क्योंकि वे गर्मी जैसे तनाव के संपर्क में आती हैं - उन्हें पूरे पैक को नीचे लाने की आवश्यकता नहीं है।विफलता को रोकने के लिए प्रत्येक सेल की अद्वितीय क्षमता के अनुसार चार्जिंग दरों को तैयार करना महत्वपूर्ण है।

स्टैनफोर्ड डोएर में ऊर्जा विज्ञान इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर ओनोरी ने कहा, "अगर ठीक से निपटा नहीं गया, तो सेल-टू-सेल विषमताएं बैटरी पैक की दीर्घायु, स्वास्थ्य और सुरक्षा से समझौता कर सकती हैं और बैटरी पैक में शुरुआती खराबी पैदा कर सकती हैं।" स्थिरता का स्कूल."हमारा दृष्टिकोण पैक में प्रत्येक कोशिका में ऊर्जा को बराबर करता है, सभी कोशिकाओं को संतुलित तरीके से चार्ज की अंतिम लक्षित स्थिति में लाता है और पैक की दीर्घायु में सुधार करता है।"

एक मिलियन-मील बैटरी बनाने के लिए प्रेरित किया गया

नए शोध के लिए प्रेरणा का एक हिस्सा इलेक्ट्रिक कार कंपनी टेस्ला द्वारा "मिलियन-मील बैटरी" पर काम करने की 2020 की घोषणा से जुड़ा है।यह एक ऐसी बैटरी होगी जो एक कार को उस बिंदु तक पहुंचने से पहले 1 मिलियन मील या उससे अधिक (नियमित चार्जिंग के साथ) तक बिजली देने में सक्षम होगी, जहां पुराने फोन या लैपटॉप में लिथियम-आयन बैटरी की तरह, ईवी की बैटरी कार्यात्मक होने के लिए बहुत कम चार्ज रखती है। .

ऐसी बैटरी वाहन निर्माताओं की इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी के लिए आठ साल या 100,000 मील की सामान्य वारंटी से अधिक होगी।हालाँकि बैटरी पैक नियमित रूप से अपनी वारंटी से अधिक समय तक चलते हैं, लेकिन यदि महंगे बैटरी पैक प्रतिस्थापन अभी भी दुर्लभ हो जाते हैं, तो इलेक्ट्रिक वाहनों में उपभोक्ताओं का विश्वास बढ़ सकता है।एक बैटरी जो हजारों रिचार्ज के बाद भी चार्ज रख सकती है, लंबी दूरी के ट्रकों के विद्युतीकरण और तथाकथित वाहन-टू-ग्रिड सिस्टम को अपनाने का रास्ता भी आसान कर सकती है, जिसमें ईवी बैटरियां नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहीत और प्रेषित करेंगी। पावर ग्रिड.

ओनोरी ने कहा, "बाद में यह समझाया गया कि मिलियन-मील बैटरी अवधारणा वास्तव में एक नई रसायन शास्त्र नहीं थी, बल्कि बैटरी को पूर्ण चार्ज रेंज का उपयोग न करके संचालित करने का एक तरीका था।"संबंधित अनुसंधान एकल लिथियम-आयन कोशिकाओं पर केंद्रित है, जो आम तौर पर पूर्ण बैटरी पैक जितनी जल्दी चार्ज क्षमता नहीं खोते हैं।

उत्सुकतावश, ओनोरी और उसकी प्रयोगशाला के दो शोधकर्ता - पोस्टडॉक्टरल विद्वान वाहिद अज़ीमी और पीएचडी छात्र अनिरुद्ध अल्लम - ने यह जांच करने का निर्णय लिया कि मौजूदा बैटरी प्रकारों का आविष्कारशील प्रबंधन एक पूर्ण बैटरी पैक के प्रदर्शन और सेवा जीवन को कैसे बेहतर बना सकता है, जिसमें सैकड़ों या हजारों सेल हो सकते हैं। .

एक उच्च-निष्ठा बैटरी मॉडल

पहले कदम के रूप में, शोधकर्ताओं ने बैटरी व्यवहार का एक उच्च-निष्ठा कंप्यूटर मॉडल तैयार किया जो बैटरी के परिचालन जीवन के दौरान उसके अंदर होने वाले भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों का सटीक प्रतिनिधित्व करता है।इनमें से कुछ परिवर्तन कुछ ही सेकंड या मिनटों में सामने आते हैं और कुछ महीनों या वर्षों में।

स्टैनफोर्ड एनर्जी कंट्रोल लैब के निदेशक ओनोरी ने कहा, "हमारी सर्वोत्तम जानकारी के अनुसार, किसी भी पिछले अध्ययन में हमारे द्वारा बनाए गए उच्च-निष्ठा, मल्टी-टाइमस्केल बैटरी मॉडल का उपयोग नहीं किया गया है।"

मॉडल के साथ चल रहे सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि एक आधुनिक बैटरी पैक को उसके घटक कोशिकाओं के बीच अंतर को अपनाकर अनुकूलित और नियंत्रित किया जा सकता है।ओनोरी और सहकर्मियों की कल्पना है कि आने वाले वर्षों में बैटरी प्रबंधन प्रणालियों के विकास का मार्गदर्शन करने के लिए उनके मॉडल का उपयोग किया जाएगा जिसे मौजूदा वाहन डिजाइनों में आसानी से तैनात किया जा सकता है।

इससे सिर्फ इलेक्ट्रिक वाहनों को ही फायदा नहीं होगा।ओनोरी ने कहा, वस्तुतः कोई भी एप्लिकेशन जो "बैटरी पैक पर बहुत अधिक दबाव डालता है" बेहतर प्रबंधन के लिए एक अच्छा उम्मीदवार हो सकता है।एक उदाहरण?इलेक्ट्रिक वर्टिकल टेकऑफ़ और लैंडिंग के साथ ड्रोन जैसे विमान, जिसे कभी-कभी ईवीटीओएल भी कहा जाता है, जिसे कुछ उद्यमी एयर टैक्सी के रूप में संचालित करने और अगले दशक में अन्य शहरी हवाई गतिशीलता सेवाएं प्रदान करने की उम्मीद करते हैं।फिर भी, सामान्य विमानन और नवीकरणीय ऊर्जा के बड़े पैमाने पर भंडारण सहित रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी के अन्य अनुप्रयोग आकर्षित हो रहे हैं।

ओनोरी ने कहा, "लिथियम-आयन बैटरियों ने पहले ही दुनिया को कई तरीकों से बदल दिया है।""यह महत्वपूर्ण है कि हम इस परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकी और इसके आने वाले उत्तराधिकारियों से जितना संभव हो सके उतना प्राप्त करें।"