قللت الاختبارات المعملية من تقدير عمر بطاريات السيارات الكهربائية. لقد وجد الباحثون أن القيادة الفعلية مفيدة لطول عمرهم.
يلوح منتقدو السيارات الكهربائية بانتظام بحجة تقادم عمر البطارية مثل سيف ديموقليس.
ويستند تفكيرهم إلى الضمان الأوروبي الذي يقتصر على 8 سنوات أو 160 ألف كيلومتر، والذي يتم تفسيره على أنه اعتراف من قبل الشركات المصنعة بالعمر الحقيقي للبطاريات.
وقد نجحت فترة الضمان هذه، المرتبطة بالتكلفة العالية لاستبدال البطارية المحتمل، في إثارة المخاوف بشأن الجدوى الاقتصادية للسيارات الكهربائية على المدى الطويل.
ومع ذلك، تعتمد هذه الحجج إلى حد كبير على البيانات القديمة والاختبارات المعملية، كما أثبت ذلكدراسة حديثة لمركز بطاريات SLAC-ستانفورد.
تُحدث الدراسة المعنية ثورة في فهمنا لشيخوخة بطاريات السيارات الكهربائية. تكشف النتائج، التي نُشرت بعد عامين من الاختبارات المكثفة على 92 بطارية ليثيوم أيون، أن طرق التقييم التقليدية تقلل بشكل كبير من عمرها الفعلي.
مفارقة الشيخوخة الديناميكية
توصل الباحثون إلى اكتشاف غير بديهي: البطاريات المعرضة لضغوط متغيرة نموذجية للاستخدام اليومي موجودةمتانة أكبر بنسبة 40%مقارنة بالتقديرات المبنية على الاختبارات المعملية. وينعكس هذا التحسن بشكل ملموسمن خلال تمديد العمر المحتمل لحوالي 314000 كيلومتر.
«متانة أكبر بنسبة 40%«
يكمن تفسير هذه الظاهرة في تعقيد آليات الشيخوخة لخلايا أيون الليثيوم.
الاختبارات القياسية، التي تستخدم دورات تفريغ الشحنة الثابتة، لا تعيد إنتاج الدورات الصغيرة المتعددة المميزة للاستخدام في العالم الحقيقي.
هذه الاختلافات الديناميكية، بعيدًا عن تسريع التدهور كما كان يُعتقد سابقًا، تساهم في الحفاظ على البنية الداخلية للخلايا.
إعادة ضبط إعدادات الشيخوخة
تتحدى البيانات التي تم جمعها العديد من العقائد الراسخة حول تدهور البطارية. والجدير بالذكر،وتبين أن قمم التسارع، التي تعتبر ضارة تقليديًا، لها تأثير إيجابي على طول عمر الخلية. يتم تفسير هذه الظاهرة من خلال التوزيع الأفضل للضغوط الميكانيكية والكهروكيميائية داخل المواد النشطة.
وحددت الدراسة أيضًا نطاق التشغيل الأمثل لمعدل التفريغ، والذي يقع بين 0.3 درجة مئوية و0.5 درجة مئوية. ويكتسب هذا الاكتشاف أهمية خاصة، لأنه يتوافق مع الظروف الحقيقية لاستخدام السيارات الكهربائية المتداولة.
في هذه النافذة التشغيلية، يصبح الشيخوخة الزمنية هو العامل المحدد، متجاوزًا التدهور المرتبط بدورات تفريغ الشحنة.
نحو إعادة تعريف بروتوكولات الاختبار
فماذا نفعل الآن بعد أن عرفنا هذا؟ تحتاج طرق اختبار البطارية إلى إعادة التفكير بالكامل.
إن دورات تفريغ الشحنة الموحدة المستخدمة في المختبر لا تعكس الواقع على الإطلاق.
تتعرض بطارية السيارة الكهربائية لذروات طاقة يومية، ومراحل راحة، ودورات صغيرة أثناء الاختناقات المرورية، وشحنات جزئية - وجميع المواقف التي تؤثر بشكل مباشر على عمرها الافتراضي. وسيتعين على بروتوكولات الاختبار الجديدة إعادة إنتاج هذا التنوع في الاستخدام لتقديم تنبؤات موثوقة.
وهذا الاكتشاف سيجبر الشركات المصنعة على مراجعة نسختها. لا مزيد من القيود المفرطة بدافع الحذر: ستتمكن خوارزميات إدارة البطارية الآن من السماح بمزيد من الشحنات السريعة وذروات الطاقة لأننا نعلم الآن أنها لا تؤدي إلى تدهور البطارية كما كنا نظن.
على المستوى الكيميائي، يعد هذا تغييرًا كبيرًا: فالاختلافات في الاستخدام، بعيدًا عن تآكل البطارية، تسمح بتوزيع أفضل للضغوط في المواد وتحقيق استقرار الواجهات الكهروكيميائية. يعد هذا الفهم بمثابة تغيير كامل لقواعد اللعبة في تصميم البطاريات المستقبلية، والتي لم تعد تتفوق في المختبر، بل تدوم في الحياة الواقعية.
