Վերալիցքավորվող մարտկոցների երկարակեցության գաղտնիքը կարող է թաքնված լինել տարբերության մեջ: Լուծման նոր մոդելավորումը, թե ինչպես են լիթիում-իոնային մարտկոցները քայքայվում, ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է հարմարեցնել լիցքավորումը յուրաքանչյուր բջիջի հզորությանը, որպեսզի էլեկտրական մեքենաների մարտկոցները կարողանան դիմանալ ավելի շատ լիցքավորման ցիկլերի և կանխել խափանումները:

Հետազոտությունը, որը հրապարակվել է նոյեմբերի 5-ին,IEEE-ի գործարքներ կառավարման համակարգերի տեխնոլոգիայի վերաբերյալ, ցույց է տալիս, թե ինչպես է փաթեթի յուրաքանչյուր բջիջ հոսող էլեկտրական հոսանքի քանակի ակտիվ կառավարումը, լիցքը հավասարաչափ մատակարարելու փոխարեն, կարող է նվազագույնի հասցնել մաշվածությունը։ Այս մոտեցումը արդյունավետորեն թույլ է տալիս յուրաքանչյուր բջիջ ապրել իր լավագույն և ամենաերկար կյանքը։

Սթենֆորդի համալսարանի պրոֆեսոր և ուսումնասիրության ավագ հեղինակ Սիմոնա Օնորիի խոսքով՝ նախնական մոդելավորումները ցույց են տալիս, որ նոր տեխնոլոգիայով կառավարվող մարտկոցները կարող են դիմանալ առնվազն 20%-ով ավելի լիցքավորման-լիցքաթափման ցիկլերի, նույնիսկ հաճախակի արագ լիցքավորման դեպքում, ինչը լրացուցիչ ծանրաբեռնվածություն է ստեղծում մարտկոցի համար։

Էլեկտրական մեքենաների մարտկոցի կյանքը երկարացնելու նախորդ ջանքերի մեծ մասը կենտրոնացած է եղել առանձին մարտկոցների նախագծման, նյութերի և արտադրության բարելավման վրա՝ հիմնվելով այն ենթադրության վրա, որ ինչպես շղթայի օղակները, մարտկոցի բլոկը լավն է միայն այնքանով, որքանով այն ամենաթույլ բջիջն է լավը։ Նոր ուսումնասիրությունը սկսվում է այն հասկացողությամբ, որ չնայած թույլ օղակները անխուսափելի են՝ արտադրական թերությունների և այն պատճառով, որ որոշ բջիջներ ավելի արագ են քայքայվում, քան մյուսները, քանի որ ենթարկվում են ջերմության նման սթրեսների, դրանք պարտադիր չէ, որ ամբողջ բլոկը քայքայեն։ Հիմնականը լիցքավորման արագությունը հարմարեցնելն է յուրաքանչյուր բջիջի եզակի կարողությանը՝ խափանումը կանխելու համար։

«Եթե պատշաճ կերպով չլուծվի, բջիջներից բջիջների միջև առկա տարասեռությունը կարող է վտանգել մարտկոցի երկարակեցությունը, առողջությունը և անվտանգությունը և հանգեցնել մարտկոցի վաղաժամ անսարքության», - ասաց Օնորին, որը Սթենֆորդի Դոերի անվան կայուն զարգացման դպրոցի էներգետիկ գիտությունների ճարտարագիտության դոցենտ է: «Մեր մոտեցումը հավասարեցնում է մարտկոցի յուրաքանչյուր բջիջի էներգիան՝ բոլոր բջիջները հավասարակշռված ձևով հասցնելով վերջնական լիցքի նպատակային վիճակի և բարելավելով մարտկոցի երկարակեցությունը»:

ոգեշնչված է միլիոն մղոն երկարությամբ մարտկոց կառուցելու համար

Նոր հետազոտության խթանման մի մասը կապված է էլեկտրական մեքենաների արտադրող Tesla ընկերության 2020 թվականի հայտարարության հետ՝ «միլիոն մղոն երկարությամբ մարտկոցի» վրա աշխատանքի մասին: Սա կլինի մարտկոց, որը կարող է մեքենան սնուցել 1 միլիոն մղոն կամ ավելի (կանոնավոր լիցքավորմամբ) մինչև այն կետին հասնելը, երբ, ինչպես հին հեռախոսի կամ նոութբուքի լիթիում-իոնային մարտկոցը, էլեկտրական մեքենայի մարտկոցը չափազանց քիչ լիցք ունի գործունակ լինելու համար:

Նման մարտկոցը կգերազանցի ավտոարտադրողների կողմից էլեկտրական մեքենաների մարտկոցների համար սահմանված ութ տարվա կամ 100,000 մղոնի ստանդարտ երաշխիքը։ Չնայած մարտկոցների երաշխիքը սովորաբար գերազանցում է դրանց ժամկետը, սպառողների վստահությունը էլեկտրական մեքենաների նկատմամբ կարող է ամրապնդվել, եթե թանկարժեք մարտկոցների փոխարինումները դառնան ավելի հազվադեպ։ Մարտկոցը, որը կարող է լիցք պահպանել հազարավոր լիցքավորումներից հետո, կարող է նաև հեշտացնել երկարատև բեռնատարների էլեկտրաֆիկացման և այսպես կոչված «մեքենա-ցանց» համակարգերի ներդրման ուղին, որոնցում էլեկտրական մեքենաների մարտկոցները կպահեստավորեն և կուղարկեն վերականգնվող էներգիա էլեկտրական ցանցի համար։

«Ավելի ուշ բացատրվեց, որ միլիոն մղոն հեռավորության մարտկոցի հայեցակարգը իրականում նոր քիմիա չէր, այլ պարզապես մարտկոցը աշխատեցնելու միջոց՝ չստիպելով այն օգտագործել ամբողջ լիցքավորման միջակայքը», - ասաց Օնորին: Առնչվող հետազոտությունները կենտրոնացած են եղել միայնակ լիթիում-իոնային մարտկոցների վրա, որոնք, որպես կանոն, այնքան արագ չեն կորցնում լիցքավորման հզորությունը, որքան լիքը մարտկոցները:

Հետաքրքրված՝ Օնորին և նրա լաբորատորիայի երկու հետազոտողներ՝ հետդոկտորական գիտնական Վահիդ Ազիմին և դոկտորանտ Անիրուդհ Ալամը, որոշեցին հետազոտել, թե ինչպես կարող է գոյություն ունեցող մարտկոցների տեսակների հնարամիտ կառավարումը բարելավել լիարժեք մարտկոցային փաթեթի աշխատանքը և ծառայության ժամկետը, որը կարող է պարունակել հարյուրավոր կամ հազարավոր բջիջներ:

Բարձր հզորությամբ մարտկոցի մոդել

Որպես առաջին քայլ, հետազոտողները ստեղծեցին մարտկոցի վարքագծի բարձր ճշգրտությամբ համակարգչային մոդել, որը ճշգրիտ ներկայացրեց մարտկոցի ներսում տեղի ունեցող ֆիզիկական և քիմիական փոփոխությունները դրա շահագործման ընթացքում: Այս փոփոխություններից մի քանիսը տեղի են ունենում վայրկյանների կամ րոպեների ընթացքում, մյուսները՝ ամիսների կամ նույնիսկ տարիների ընթացքում:

«Մեր ունեցած լավագույն իմացության չափով, ոչ մի նախորդ ուսումնասիրություն չի օգտագործել մեր ստեղծած բարձր ճշգրտության, բազմաժամանակային մարտկոցի մոդելը», - ասաց Օնորին, որը Սթենֆորդի էներգիայի կառավարման լաբորատորիայի տնօրենն է։

Մոդելի հետ սիմուլյացիաների իրականացումը ցույց տվեց, որ ժամանակակից մարտկոցային փաթեթը կարող է օպտիմալացվել և կառավարվել՝ հաշվի առնելով դրա բաղադրիչ բջիջների միջև եղած տարբերությունները: Օնորին և նրա գործընկերները նախատեսում են, որ իրենց մոդելը կօգտագործվի առաջիկա տարիներին մարտկոցների կառավարման համակարգերի մշակման ուղղորդման համար, որոնք կարող են հեշտությամբ տեղակայվել առկա տրանսպորտային միջոցների նախագծերում:

Ոչ միայն էլեկտրական մեքենաներն են օգուտ քաղելու։ Օնորին ասել է, որ գործնականում ցանկացած կիրառություն, որը «շատ է ծանրաբեռնում մարտկոցի բլոկը», կարող է լավ թեկնածու լինել նոր արդյունքներից կախված ավելի լավ կառավարման համար։ Մեկ օրինակ՝ էլեկտրական ուղղահայաց թռիչքով և վայրէջքով անօդաչու թռչող սարքերի նման ինքնաթիռներ, որոնք երբեմն կոչվում են eVTOL, որոնք որոշ ձեռնարկատերեր ակնկալում են շահագործել որպես օդային տաքսիներ և ապահովել այլ քաղաքային օդային շարժունակության ծառայություններ հաջորդ տասնամյակում։ Այնուամենայնիվ, լիցքավորվող լիթիում-իոնային մարտկոցների այլ կիրառություններ նույնպես գրավիչ են, ներառյալ ընդհանուր ավիացիան և վերականգնվող էներգիայի մեծածավալ պահեստավորումը։

«Լիթիում-իոնային մարտկոցներն արդեն բազմաթիվ ձևերով փոխել են աշխարհը», - ասաց Օնորին: «Կարևոր է, որ մենք հնարավորինս շատ բան ստանանք այս փոխակերպող տեխնոլոգիայից և դրա հաջորդներից»: