อายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพิ่มขึ้น 50% ด้วยการชาร์จกระแสสูง

 (eurekalert.org)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2024-09-10 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

นักวิจัยค้นพบวิธีที่น่าทึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพแบตเตอรี่

  • เหตุผลที่การชาร์จครั้งแรกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำคัญ

    • การชาร์จครั้งแรกของแบตเตอรี่เป็นกระบวนการสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
    • ตามงานวิจัยของ SLAC-Stanford Battery Center หากชาร์จครั้งแรกด้วยกระแสสูง จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้ 50% และลดเวลาในการชาร์จเริ่มต้นจาก 10 ชั่วโมงเหลือ 20 นาที

  • การยกระดับประสิทธิภาพแบตเตอรี่ด้วย scientific machine learning

    • ทีมวิจัยใช้ scientific machine learning เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงเฉพาะบางอย่างในขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่
    • การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกสำคัญที่ช่วยให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่ปรับกระบวนการให้เหมาะสมและพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ดีขึ้น

  • เบื้องหลังงานวิจัยและความร่วมมือ

    • งานวิจัยนี้ดำเนินการโดยความร่วมมือระหว่างทีม SLAC/Stanford กับ Toyota Research Institute (TRI), MIT และ University of Washington
    • ในฐานะส่วนหนึ่งของงานวิจัยด้านความยั่งยืนของ SLAC งานนี้มีส่วนช่วยทำให้เทคโนโลยีสำคัญสำหรับการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานมีต้นทุนที่ถูกลง

  • ผลกระทบเชิงปฏิบัติต่อการผลิตแบตเตอรี่

    • ผลการวิจัยส่งผลเชิงปฏิบัติไม่เฉพาะต่อรถยนต์ไฟฟ้าและโครงข่ายไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเทคโนโลยีอื่น ๆ ด้วย
    • การผลิตแบตเตอรี่เป็นกระบวนการที่ใช้เงินทุน พลังงาน และเวลาสูง และยังปรับให้เหมาะสมได้ยาก
    • ผลการวิจัยนี้นำเสนอแนวทางทั่วไปในการทำความเข้าใจและปรับขั้นตอนสำคัญของการผลิตแบตเตอรี่ให้เหมาะสม

"ชั้นบีบอัด" หัวใจสำคัญของประสิทธิภาพแบตเตอรี่

  • ความเข้าใจเกี่ยวกับการไซเคิลช่วงเริ่มต้นของแบตเตอรี่

    • ทีมวิจัยสร้าง pouch cell ที่มีขั้วบวกและขั้วลบล้อมรอบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์
    • เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วลบและถูกกักเก็บไว้
    • เมื่อแบตเตอรี่คายประจุ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก ทำให้อิเล็กตรอนไหล

  • ความสำคัญของชั้น SEI

    • ระหว่างการชาร์จครั้งแรก ลิเธียมบางส่วนจะถูกทำให้ไม่ทำงานและก่อให้เกิดชั้น SEI (solid electrolyte interphase)
    • ชั้น SEI ช่วยปกป้องขั้วลบและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

กระแสชาร์จสูงช่วยยกระดับประสิทธิภาพแบตเตอรี่

  • ปัญหาของแนวทางชาร์จกระแสต่ำแบบเดิม

    • โดยทั่วไปผู้ผลิตจะชาร์จครั้งแรกด้วยกระแสต่ำเพื่อสร้างชั้น SEI
    • อย่างไรก็ตาม การชาร์จกระแสต่ำใช้เวลานานและมีต้นทุนสูง

  • ข้อดีของการชาร์จกระแสสูง

    • ทีมวิจัยยืนยันผลการศึกษาล่าสุดที่พบว่าการชาร์จกระแสสูงไม่ได้ทำให้ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ลดลง
    • การชาร์จกระแสสูงช่วยเพิ่มอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 50% และเพิ่มสัดส่วนของลิเธียมที่ถูกทำให้ไม่ทำงานในช่วงเริ่มต้น

  • การปรับให้เหมาะสมด้วย scientific machine learning

    • ทีมวิจัยใช้ scientific machine learning เพื่อระบุปัจจัยสำคัญ
    • อุณหภูมิและกระแสชาร์จเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

แนะนำ SLAC

  • SLAC National Accelerator Laboratory
    • SLAC เป็นสถาบันวิจัยที่สำรวจหลักการพื้นฐานของอวกาศและสสาร พร้อมพัฒนาเครื่องมือทรงพลัง
    • จากงานวิจัยยาวนานกว่า 60 ปี สถาบันได้บุกเบิกอนาคตในหลากหลายสาขา เช่น quantum technology, scientific computing และการพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาครุ่นถัดไป

สรุปโดย GN⁺

  • งานวิจัยนี้เสนอวิธีเพิ่มอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 50% ด้วยการปรับกระบวนการชาร์จครั้งแรกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้เหมาะสม
  • ใช้ scientific machine learning เพื่อระบุปัจจัยสำคัญและค้นหาเงื่อนไขการชาร์จที่เหมาะสมที่สุด
  • มอบข้อมูลเชิงลึกสำคัญที่ช่วยให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่ปรับปรุงกระบวนการและลดต้นทุนได้
  • งานวิจัยนี้อาจส่งผลเชิงปฏิบัติต่อทั้งรถยนต์ไฟฟ้า โครงข่ายไฟฟ้า และเทคโนโลยีอื่น ๆ
  • ผลิตภัณฑ์ที่มีฟังก์ชันคล้ายกัน ได้แก่ เทคโนโลยีแบตเตอรี่ของ Tesla และโซลูชันแบตเตอรี่ของ Panasonic

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-09-10
ความเห็นจาก Hacker News

  • จากประสบการณ์ที่เคยทำงานในอุตสาหกรรม ผมค่อนข้างสงสัยกับงานวิจัยนี้ หากเงื่อนไขการชาร์จเริ่มต้นต่างออกไป ผลลัพธ์อาจดูดีกว่านี้ก็ได้

    • สงสัยว่าการเพิ่มขึ้นของ SEI เปลี่ยนอิมพีแดนซ์ของเซลล์มากแค่ไหน และส่งผลต่อความจุอย่างไร

  • ถ้าผลลัพธ์นี้พิสูจน์ได้ในสายการผลิต ก็ถือเป็นการค้นพบที่น่าสนใจมาก แสดงว่ามีตัวแปรของกระบวนการที่ซ่อนอยู่ถูกเปิดเผยอย่างชัดเจน

  • เคยชุบชีวิตแบตเตอรี่ลิเทียมที่คายประจุจนหมดได้ด้วยการต่อเข้ากับแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มอยู่ไม่กี่วินาที

  • TLDR: ระหว่างการชาร์จ "formation" ครั้งแรกของแบตเตอรี่ ลิเทียมบางส่วนจะกลายเป็นสารที่ไม่ทำงานและก่อตัวเป็นชั้นป้องกัน (SEI) รอบแอโนด งานวิจัยนี้พบว่าเมื่อใช้กระแสชาร์จเริ่มต้นที่สูงขึ้น จะมี 30% กลายเป็น SEI ซึ่งลดความจุของแบตเตอรี่ลง แต่ช่วยเสริมความแข็งแรงของชั้นป้องกันบนอิเล็กโทรดและทำให้อายุการใช้งานระหว่างรอบชาร์จดีขึ้น

  • ถ้าชั้น SEI ที่ดีสำคัญขนาดนั้น ก็สงสัยว่าทำไมไม่สร้างชั้นนี้ไว้ล่วงหน้าบนอิเล็กโทรดก่อนประกอบแบตเตอรี่ แบบนั้นน่าจะทำให้รูปร่างของชั้นสม่ำเสมอกว่าเดิมได้

  • งงอยู่... สงสัยว่านี่เป็นเพียงการคาดการณ์หรือได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้ว

  • มีงานวิจัยล่าสุดที่พบว่า ถ้าชาร์จด้วยกระแสเป็นสองเท่าในรูปคลื่นสี่เหลี่ยมที่ความถี่ 2khz การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่แทบจะหายไปเลย

  • อายุแบตเตอรี่หมายถึงอะไร? การเสื่อมของความจุ หรือการเสียแบบสุ่ม?

    • ถ้าการค้นพบนี้ทำให้ความจุเสื่อมช้าลง แต่เพิ่มโอกาสที่แบตเตอรี่ EV จะเสียเองแบบฉับพลันมากขึ้น 100 เท่า ($$$) นั่นก็ไม่ใช่การปรับปรุงที่แท้จริง อาจพอรับได้สำหรับอุปกรณ์ผู้บริโภค

  • อาจเป็นการเผาไมโครสตรักเจอร์ให้เสถียรขึ้นสำหรับการก่อตัวของฟิลาเมนต์ คล้ายกับวิธีที่ไฟฟ้าแรงสูงใช้แกะลวดลายบนไม้

  • TL;DR กระแสสูงทำให้ชั้นบนแอโนดก่อตัวต่างออกไป (และแน่นอนว่าเร็วขึ้น) ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าการชาร์จเริ่มต้นแบบช้าจะให้การก่อตัวที่ดีกว่า นี่เป็นการปรับแต่งกระบวนการแบบค่อยเป็นค่อยไป ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นฐาน