Baterije automobila punit će se za samo 10 minuta

Unatoč sve većoj popularnosti električnih vozila, mnogi potrošači još uvijek oklijevaju prebaciti se s klasičnih vozila na tu novu generaciju vozila. Jedan od razloga je taj što je potrebno puno više vremena za napajanje električnog automobila nego za punjenje konvencionalnog fosilnim gorivom. Ubrzanje procesa punjenja električnih automobila može oštetiti bateriju i smanjiti njezin životni vijek, no znanstvenici sad kažu da su osmislili superbrze metode punjenja prilagođene za napajanje različitih vrsta baterija električnih vozila u 10 minuta ili manje, bez nanošenja trajne štete samoj bateriji.

Znanstvenici će svoje rezultate predstaviti na jesenskom sastanku Američkog kemijskog društva (ACS) koji se održava virtualno i osobno od 21. do 25. kolovoza.

Na tom događaju bit će gotovo 11.000 prezentacija o širokom rasponu znanstvenih tema. Brzo punjenje ključ je povećanja povjerenja potrošača i sveukupnog prihvaćanja električnih vozila. To bi omogućilo da punjenje vozila bude vrlo slično točenju na benzinskoj postaji, kaže dr. Eric Dufek, koji predstavlja ovaj rad na skupu.

Takav napredak mogao bi pomoći SAD-u da postigne cilj predsjednika Bidena prema kojem bi do 2030. godine polovica svih prodanih vozila trebala biti električna ili hibridna. Punjenje litij-ionskih baterija koje pokreću električna vozila delikatan je čin balansiranja. U idealnom slučaju, vozači žele što je brže moguće vratiti se u promet, ali uz trenutnu tehnologiju, ubrzavanje procesa punjenja može uzrokovati štetu na baterijama. Kad se litij-ionska baterija puni, litijevi ioni migriraju s jedne strane uređaja, katode, na drugu, anodu.

Bržom migracijom litijevih iona baterija se brže puni, no ponekad se litijevi ioni ne pomaknu u potpunosti u anodu. U ovoj situaciji može se nakupiti metalni litij, a to može izazvati rano kvarenje baterije. Također može uzrokovati trošenje i pucanje katode. Svi ti problemi smanjit će životni vijek baterije i učinkovit domet vozila, što su skupe i frustrirajuće posljedice za vozače električnih vozila. Jedno rješenje za ovu zagonetku je prilagoditi protokol punjenja na način koji optimizira brzinu, a istovremeno izbjegava štetu za mnoge različite vrste dizajna baterija koje se trenutno koriste u vozilima.

Ali razvoj optimalnih protokola zahtijeva veliku količinu podataka o tome kako različite metode utječu na životni vijek, učinkovitost i sigurnost ovih uređaja. Dizajn i stanje baterija, kao i izvedivost primjene određenog protokola punjenja s trenutnom infrastrukturom električne mreže, također su ključne varijable. Kako bi odgovorili na te izazove, Dufek i njegov istraživački tim u Nacionalnom laboratoriju Idaho izvijestili su o korištenju tehnika strojnog učenja koje uključuju podatke o punjenju za stvaranje jedinstvenih protokola punjenja.

Unosom informacija o stanju mnogih litij-ionskih baterija tijekom njihovih ciklusa punjenja i pražnjenja, znanstvenici su uvježbali analizu strojnog učenja da predvidi životni vijek i načine na koje će različiti dizajni na kraju otkazati. Tim je zatim vratio te podatke natrag u analizu kako bi identificirao i optimizirao nove protokole koje je potom testirao na pravim baterijama. 

Značajno smo povećali količinu energije koja može ući u baterijsku ćeliju u kratkom vremenu. Trenutno vidimo da se baterije pune do više od 90 posto u 10 minuta bez litijske obloge ili pucanja katode, ističe Dufek, javlja Zimo. Prelazak s gotovo prazne baterije na bateriju s 90 posto snage u samo 10 minuta daleko je od sadašnjih metoda punjenja, koje u najboljem slučaju mogu dovesti električno vozilo do pune baterije za otprilike pola sata.

Dok mnogi znanstvenici traže metode za postizanje ove vrste super-brzog punjenja, Dufek kaže da je jedna prednost njihovog modela strojnog učenja to što povezuje protokole s fizikom onoga što se zapravo događa u bateriji. Američki znanstvenici planiraju koristiti svoj model za razvoj još boljih metoda i pomoć u dizajniranju novih litij-ionskih baterija koje su optimizirane za brzo punjenje.

Dufek kaže da je krajnji cilj da električna vozila mogu "govoriti" punionicama kako da brzo i sigurno napajaju svoje specifične baterije.