Stávající baterie elektromobilů mohou vydržet až o 40 % déle, než se očekávalo

Reálné jízdní podmínky, kdy řidiči elektromobilů často zastavují a znovu se rozjíždějí, prospívají bateriím více než stabilní používání simulované téměř ve všech laboratorních testech nových návrhů baterií, uvádí studie Stanford-SLAC.

Běžný provoz zvyšuje životnost 

Baterie elektrických vozidel, které jsou vystaveny běžnému používání reálných řidičů – jako je hustý provoz, dlouhé cesty po dálnici, krátké jízdy ve městě a parkování – mohou vydržet asi o třetinu déle, než vědci obecně předpokládali. K tomuto závěru dospěla nová studie vědců ze SLAC-Stanford Battery Center. Tato zjištění naznačují, že majitelé elektromobilů nebudou muset za několik let měnit drahý bateriový modul nebo kupovat nový vůz.

Většina výzkumníků baterií a inženýrů testovala životnost nových konstrukcí baterií v laboratorních podmínkách při konstantním vybíjení a následném nabíjení. Tento cyklus byl mnohokrát rychle opakován, aby bylo možné co nejrychleji zjistit, zda nová konstrukce vyhovuje očekáváním, například pokud jde o životnost.

Tento způsob však podle studie publikované 9. prosince v časopise Nature Energy není vhodný pro předpověď životnosti baterií elektromobilů, zejména pro řidiče, kteří svá vozidla používají na každodenní dojíždění. Přestože ceny baterií za posledních 15 let klesly o zhruba 90 %, stále představují téměř třetinu ceny nového elektromobilu. Současní i budoucí uživatelé elektromobilů proto mohou být potěšeni zjištěním, že je čekají tisíce kilometrů navíc.

„Netestovali jsme baterie elektromobilů správným způsobem,“ uvedla Simona Onori, hlavní autorka studie a docentka věd o energii a inženýrství na Stanfordově univerzitě. „K našemu překvapení reálná jízda s častým zrychlováním, brzděním, které částečně dobíjí baterii, zastavováním například při nákupu a necháním baterie odpočinout na několik hodin, pomáhá bateriím vydržet déle, než jsme předpokládali.“

Příjemné překvapení

Vědci navrhli čtyři typy profilů vybíjení baterií elektromobilů, od standardního konstantního vybíjení po dynamické vybíjení založené na reálných datech z provozu. Výzkumný tým testoval 92 komerčních lithiových baterií po více než dva roky napříč těmito profily. Ukázalo se, že čím realističtěji profily odrážely skutečné chování řidičů, tím vyšší byla předpokládaná životnost baterií.

Studie zjistila několik faktorů přispívajících k nečekané životnosti baterií. Algoritmus strojového učení, který tým vycvičil na všech shromážděných datech, pomohl odhalit vliv dynamického vybíjení na degradaci baterií. Například studie ukázala korelaci mezi krátkými, ostrými zrychleními a pomalejší degradací. Toto zjištění bylo v rozporu s dlouhodobými předpoklady výzkumníků baterií, včetně autorů této studie, že špičky při zrychlování jsou pro baterie škodlivé. „Sešlápnutí plynu na podlahu nezrychluje stárnutí baterie. Naopak jej může zpomalit,“ vysvětlil Alexis Geslin, jeden z hlavních autorů studie a doktorand na Stanfordově univerzitě.

Dva způsoby stárnutí

Tým rovněž zkoumal rozdíly ve stárnutí baterií způsobené mnoha nabíjecími a vybíjecími cykly a stárnutí způsobené samotným časem. Například baterie, které doma leží nepoužívané několik let, nebudou fungovat tak dobře jako při zakoupení, pokud budou vůbec funkční.

„Inženýři předpokládali, že cyklické stárnutí je mnohem důležitější než stárnutí způsobené časem. To většinou platí pro komerční elektromobily, jako jsou autobusy a dodávky, které jsou téměř neustále v provozu,“ uvedl Geslin. „U spotřebitelů, kteří své elektromobily používají k dojíždění, vyzvedávání dětí nebo nákupům, ale většinu času je nepoužívají ani nenabíjejí, je hlavní příčinou stárnutí právě čas.“

Studie identifikovala optimální rychlost vybíjení, která vyvažuje stárnutí způsobené časem a cykly, alespoň u testovaných komerčních baterií. Tento optimální bod spadá do rozsahu reálného chování spotřebitelů, což by mohlo vést ke zlepšení softwaru pro správu baterií elektromobilů a maximalizaci jejich životnosti.

Pohled do budoucnosti

„Do budoucna bude hodnocení nových chemických složení a návrhů baterií s realistickými profily spotřeby velmi důležité,“ uvedl Le Xu, výzkumník v oblasti věd o energii a inženýrství. „Výzkumníci nyní mohou znovu zkoumat mechanismy stárnutí na úrovni chemie, materiálů a článků, aby prohloubili své znalosti. To usnadní vývoj pokročilých algoritmů, které optimalizují využití stávajících komerčních baterií.“

Tato zjištění by mohla mít dopad i mimo oblast baterií, například na další aplikace pro skladování energie nebo na materiály v biologii a fyzikálních vědách, kde je stárnutí klíčovým faktorem, jako jsou plasty, skla nebo solární články.