Secondo un nuovo studio, le batterie dei veicoli elettrici soggetti al normale utilizzo dei conducenti del mondo reale – come traffico intenso, lunghi viaggi in autostrada, brevi viaggi in città e per lo più parcheggiati – potrebbero durare circa un terzo in più di quanto i ricercatori abbiano generalmente previsto. studio condotto da scienziati che lavorano nella SLAC-Stanford Battery. Center, un centro congiunto tra il Precourt Institute for Energy dell’Università di Stanford e lo SLAC National Accelerator Laboratory. Ciò suggerisce che il proprietario di un tipico veicolo elettrico potrebbe non aver bisogno di sostituire il costoso pacco batteria o di acquistare una nuova auto per diversi anni aggiuntivi.
Quasi sempre, gli scienziati e gli ingegneri delle batterie hanno testato il ciclo di vita dei nuovi progetti di batterie nei laboratori utilizzando una velocità di scarica costante seguita da ricarica. Ripetono questo ciclo rapidamente molte volte per imparare rapidamente se un nuovo design è buono o meno per l’aspettativa di vita, tra le altre qualità.
Questo non è un buon modo per prevedere l’aspettativa di vita delle batterie dei veicoli elettrici, soprattutto per le persone che possiedono veicoli elettrici per gli spostamenti quotidiani, secondo lo studio pubblicato il 9 dicembre su Energia della natura. Sebbene i prezzi delle batterie siano crollati di circa il 90% negli ultimi 15 anni, le batterie rappresentano ancora quasi un terzo del prezzo di un nuovo veicolo elettrico. Quindi, i pendolari attuali e futuri di veicoli elettrici potrebbero essere felici di farlo
“Non abbiamo testato le batterie dei veicoli elettrici nel modo giusto;’ ha affermato Simona Onori, autrice senior e professoressa associata di scienza e ingegneria energetica presso la Stanford Doerr School of Sustainability, “Con nostra sorpresa, guida reale con frequenti accelerazioni, frenate che caricano un po’ le batterie, fermate per entrare in un negozio, e lasciare riposare le batterie per ore alla volta aiuta le batterie a durare più a lungo di quanto pensassimo in base ai test di laboratorio standard del settore.”
Una piacevole sorpresa
I ricercatori hanno progettato quattro tipi di profili di scarico dei veicoli elettrici, dallo scarico costante standard allo scarico dinamico basato su dati di guida reali. Il gruppo di ricerca ha testato 92 batterie commerciali agli ioni di litio per più di due anni attraverso i profili di scarica. Alla fine, quanto più realisticamente i profili riflettevano il comportamento di guida reale, tanto maggiore era l’aspettativa di vita dei veicoli elettrici.
Diversi fattori contribuiscono alla longevità inaspettata, rileva lo studio. Un algoritmo di apprendimento automatico addestrato su tutti i dati raccolti dal team ha contribuito a individuare gli impatti dei profili di scarica dinamica sul degrado della batteria.
Ad esempio, lo studio ha mostrato una correlazione tra accelerazioni brevi e repentine dei veicoli elettrici e un degrado più lento. Ciò era contrario alle ipotesi di lunga data dei ricercatori sulle batterie, compreso il team di questo studio, secondo cui i picchi di accelerazione sono dannosi per le batterie dei veicoli elettrici.
Premere con forza il pedale con il piede non accelera l’invecchiamento. Se non altro, lo rallenta, ha spiegato Alexis Geslin, uno dei tre autori principali dello studio e dottorando in scienza e ingegneria dei materiali e in informatica presso la School of Engineering di Stanford.
Due modi di invecchiare
Il team di ricerca ha anche cercato differenze nell’invecchiamento della batteria dovuto a numerosi cicli di carica-scarica rispetto all’invecchiamento della batteria che arriva solo con il tempo. Le batterie di casa che sono rimaste inutilizzate in un cassetto per anni non funzioneranno bene come quando le hai acquistate, sempre che funzionino.
“Noi ingegneri delle batterie partiamo dal presupposto che l’invecchiamento ciclico sia molto più importante dell’invecchiamento indotto dal tempo. Ciò è vero soprattutto per i veicoli elettrici commerciali come autobus e furgoni per le consegne che sono quasi sempre in uso o in fase di ricarica”, ha affermato Geslin. “Per i consumatori che usano i loro veicoli elettrici per andare al lavoro, andare a prendere i figli, andare a fare la spesa, ma per lo più non li usano o addirittura non li caricano, il tempo diventa la causa predominante dell’invecchiamento rispetto al ciclismo.”
Lo studio identifica un tasso medio di scarica ottimale per bilanciare l’invecchiamento temporale e l’invecchiamento del ciclo, almeno per la batteria commerciale testata. Fortunatamente, quella finestra si trova nella gamma realistica della guida di un veicolo elettrico da parte di un consumatore. Le case automobilistiche potrebbero aggiornare il software di gestione delle batterie dei veicoli elettrici per sfruttare le nuove scoperte e massimizzare la longevità della batteria in condizioni reali.
Guardando avanti
“In futuro, la valutazione di nuovi prodotti chimici e progetti di batterie con profili di domanda realistici sarà davvero importante”, ha affermato Le Xu, studioso post-dottorato in scienze energetiche e ingegneria. “I ricercatori possono ora rivisitare i presunti meccanismi di invecchiamento a livello di chimica, materiali e cellule per approfondire la loro comprensione. Ciò faciliterà lo sviluppo di algoritmi di controllo avanzati che ottimizzano l’uso delle architetture di batterie commerciali esistenti.”
Le implicazioni si estendono oltre le batterie, suggerisce lo studio. Scienziati e ingegneri potrebbero applicare i principi ad altre applicazioni di stoccaggio dell’energia, nonché ad altri materiali e dispositivi nelle scienze fisiche in cui l’invecchiamento è cruciale, come plastica, vetri, celle solari e alcuni biomateriali utilizzati negli impianti.
“Questo lavoro evidenzia il potere dell’integrazione di molteplici aree di competenza – dalla scienza dei materiali, al controllo e alla modellazione fino all’apprendimento automatico – per promuovere l’innovazione”, ha affermato Onori.
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