Ze zijn overal – lithiumionbatterijen. In mobiele telefoons, laptops, drones en elektrische auto’s.
Met zijn lichte gewicht, zijn vermogen om energie vast te houden en zijn oplaadbaarheid is de lithiumionbatterij perfect voor de elektronische apparaten die we bij ons hebben.
Terwijl er voortdurend onderzoek wordt gedaan om nieuwe, efficiënte lithiumionbatterijen te ontwikkelen die langer meegaan en sneller opladen, wil een groep onderzoekers van Stanford University de batterijen die we al hebben, efficiënter maken.
Het team bestudeerde de oplaadmethode zelf en publiceerde de bevindingen in het tijdschrift IEEE Transactions on Control Systems Technology.
De zwakste schakel
Er zijn veel dingen die de levensduur van lithiumionbatterijen kunnen aantasten, zoals temperatuurwisselingen, slijtage en opladen – en vooral supersnel opladen.
Lithiumionbatterijen bestaan uit een hoop cellen die samengepakt zijn tot een hele batterij.
Een ouder model van een lithiumionbatterij van VARTA. We zien een batterij meestal als een heel pakket, maar binnenin zitten duizenden cellen die een eigen leven leiden. De Stanford-onderzoekers willen elke cel een aparte oplaadsnelheid geven.
Sommige van deze cellen gaan echter korter mee dan andere, en gaan bijvoorbeeld door fabricagefouten sneller kapot.
Ook zijn er cellen die tegen hitte bestand zijn of sneller opladen dan andere, maar dan ook minder goed functioneren.
Lithiumionbatterijen zijn daarom niet beter dan hun zwakste schakel. Eén slechte cel kan de efficiëntie van de hele batterij aantasten.
Als je batterijen oplaadt in bijvoorbeeld je elektrische auto of mobiele telefoon, dan laad je het hele pak cellen op. Het gevolg is dat sommige cellen verkeerd opladen en sneller slijten.
Dus als je de batterij weggooit, kunnen er nog veel functionele cellen over zijn.
Computermodel vond de oplossing
Om erachter te komen hoe ze een efficiëntere oplaadmethode konden creëren, ging het onderzoeksteam na wat er eigenlijk in een lithiumionbatterij gebeurt als die gedurende een lange periode wordt gebruikt.
De onderzoekers ontwikkelden een computermodel dat de fysische en chemische veranderingen volgt die in een batterij plaatsvinden gedurende de levensduur – van seconden en minuten tot maanden en jaren.
In het computermodel maakten ze simulaties van verschillende situaties die cellen kunnen belasten.
Dit leverde zeer gedetailleerde informatie over de slijtage van batterijen op waarover we nog niet eerder beschikten.
Lees ook:
De resultaten spraken ook voor zich nadat het computermodel de eerste simulaties had uitgevoerd: een batterij gaat langer mee als elke cel apart wordt opgeladen in plaats van het hele pakket tegelijk.
De cellen van lithiumionbatterijen moeten dus met verschillende snelheden worden opgeladen. Door te regelen hoeveel stroom er naar een cel in een pakket gaat, is de batterij minder aan slijtage onderhevig.
De nieuwe oplaadmethode kan de levensduur van de batterij zelfs 20 procent verlengen.
Op basis van de bevindingen schreef het onderzoeksteam in een gids hoe bijvoorbeeld fabrikanten van elektrische auto’s de techniek kunnen toepassen in hun bestaande producten.
De methode kan gebruikt worden in verschillende lithiumionbatterijproducten, zoals telefoons, elektrische treinen en drones.