組成鋰電池組的許多電池并不都是一樣的；一些電池會比其他電池更快退化和報廢。斯坦福大學(xué)的新研究發(fā)現(xiàn)，如果每個電池都得到單獨的充電處理，那么整個電池的壽命就會大大延長。有許多原因?qū)е码姵亟M中的個別電池可能變得比其他電池更弱。也許在制造或材料方面存在差異。也許有些電池比其他電池更容易暴露在熱源中，或者處于更難冷卻的位置。
無論哪種情況，平均單體電池的壽命比平均電池組的壽命長，而正是這些脆弱的電池使整個電池組工作效率低下。
斯坦福大學(xué)Doerr可持續(xù)發(fā)展學(xué)院能源科學(xué)工程助理教授西蒙娜·奧諾里（Simona Onori）說：“如果不妥善處理，電池單元之間的異質(zhì)性會損害電池組的壽命、健康和安全，并誘發(fā)電池組的早期故障。”她是一項新研究的作者，旨在使鋰電池組的使用壽命更長。
快速充電和放電事件對電池單元來說是一種壓力，雖然它們被設(shè)計得可以承受這種壓力，但這些是較弱的電池受到影響和惡化最快的時刻。因此，斯坦福大學(xué)的研究小組想知道，以同樣的速度給所有電池單元充電的標準技術(shù)是否會加速電池的損壞。
研究人員設(shè)計了一個計算機模型，在一個加速的時間框架內(nèi)測試他們的理論，結(jié)果他們認為這是一個前所未有的模擬細節(jié)水平。他們試圖準確地代表電池的物理和化學(xué)狀態(tài)，以及在其整個生命周期中與一系列壓力有關(guān)的變化，包括在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的變化，一直到可能需要幾個月或幾年的其他變化。
奧諾里說：“據(jù)我們所知，以前的研究沒有使用過我們創(chuàng)建的那種高保真度、多時間尺度的電池模型。”
利用這個模型，他們進行了一些模擬，比較了標準的、設(shè)定速率的充電方法和其他方法，其中每個電池的容量作為一個指標，說明它能承受多少充電功率。這里的理論是，只有最強壯的電芯應(yīng)該受到最高的壓力；已經(jīng)開始提前退化的電芯，不管是什么原因都應(yīng)該被更溫和地對待，希望能延緩它們最終的衰退。
該團隊發(fā)現(xiàn)，通過單獨設(shè)置每個電池的充電速率，他們可以最大限度地減少溫度上升和電池退化，以至于這些電池組可以比均勻充電的電池多延長至少20%的充電/放電周期——甚至使用頻繁的快速充電。
但缺點也是相當明顯的；如果你正在給你的電動車或手機電池快速充電，當然希望它盡可能快地充電，這樣你就可以回到你正在做的任何事情上，在這樣的模式下，你的電池中一定數(shù)量的電池根本不會像平時那樣快速充電。如果你把你的電池看作是或多或少的一次性物品，而你的汽車是每隔幾年就會被更換的東西，很多消費者不會關(guān)心他們是否在加速他們電池組的報廢，因為這是廠家和維修方的問題。
電池組中的大多數(shù)電池通常情況都很好，有能力進行快速充電。因此，在這種充電模式下，在快速充電器上充電半小時后，充電狀態(tài)的差別可能不會很大，如果電池可以被“哄騙”到更長的使用壽命，這對每個人來說都是更好的，因為提前更換的鋰電池預(yù)計在未來幾十年將對全球脫碳工作造成壓力。
研究人員說，他們的充電模型可以很容易地通過現(xiàn)有的電動汽車設(shè)計推出，或用于指導(dǎo)下一代電池管理系統(tǒng)的開發(fā)。他們還建議，同樣的模型可以應(yīng)用于放電周期，對較弱的電池要求較少，對較強的電池要求較多，以進一步提高任何受到高應(yīng)力負載的電池組的壽命。事實上，該研究的作者之一現(xiàn)在在eVTOL 開發(fā)商Archer Aviation擔(dān)任電池研究員。
“鋰離子電池已經(jīng)在很多方面改變了世界，”奧諾里說，“重要的是，我們要盡可能多地從這項變革性技術(shù)及其后續(xù)技術(shù)中得到好處。”
這項研究發(fā)表在《IEEE控制系統(tǒng)技術(shù)期刊》上。 （逸文）
