على الرغم من الشعبية المتزايدة للسيارات الكهربائية ، لا يزال العديد من المستهلكين يترددون في إجراء التبديل. أحد الأسباب هو أن تشغيل سيارة كهربائية يستغرق وقتًا أطول بكثير مما يستغرقه تشغيل السيارة التقليدية بالغاز.
لكن تسريع عملية الشحن قد يؤدي إلى تلف البطارية وتقليل عمرها الافتراضي،الآن، أفاد العلماء أنهم صمموا طرق شحن فائقة السرعة مصممة لتشغيل أنواع مختلفة من بطاريات السيارات الكهربائية في 10 دقائق أو أقل دون ضرر.
سيقدم الباحثون نتائجهم في اجتماع الخريف للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS).
يقول إريك دوفيك، دكتوراه، الذي يقدم هذا العمل في الاجتماع: “الشحن السريع هو المفتاح لزيادة ثقة المستهلك والاعتماد الشامل للسيارات الكهربائية “. “سيسمح لشحن السيارة أن يكون مشابهًا جدًا للتعبئة في محطة وقود.” يمكن أن يساعد مثل هذا التقدم الولايات المتحدة في الوصول إلى هدف الرئيس بايدن بأنه بحلول عام 2030 ، يجب أن تكون نصف السيارات المباعة كهربائية أو هجينة.
يعد شحن بطاريات الليثيوم أيون التي تغذي السيارات الكهربائية عملية موازنة دقيقة. من الناحية المثالية ، يريد السائقون التشغيل في أسرع وقت ممكن للعودة إلى الطريق السريع ، ولكن مع التكنولوجيا الحالية ، يمكن أن يتسبب تسريع العملية في حدوث ضرر. عندما يتم شحن بطارية ليثيوم أيون ، تهاجر أيونات الليثيوم من أحد جوانب الجهاز ، الكاثود ، إلى الجانب الآخر ، الأنود. بجعل أيونات الليثيوم تهاجر أسرع ، البطاريةيتم شحنه بسرعة أكبر ، ولكن في بعض الأحيان لا تتحرك أيونات الليثيوم بالكامل في الأنود. في هذه الحالة ، يمكن أن يتراكم معدن الليثيوم ، وقد يؤدي ذلك إلى حدوث عطل مبكر للبطارية. يمكن أن يتسبب أيضًا في تآكل الكاثود وتشققه. ستعمل كل هذه المشكلات على تقليل عمر البطارية والنطاق الفعال للمركبة – عواقب باهظة الثمن ومحبطة للسائقين.
يتمثل أحد الحلول لهذه المعضلة في تصميم بروتوكول الشحن بطريقة تعمل على تحسين السرعة مع تجنب الضرر للعديد من أنواع تصميمات البطاريات المختلفة المستخدمة حاليًا في المركبات. لكن تطوير البروتوكولات المثلى يتطلب قدرًا هائلاً من البيانات حول كيفية تأثير الطرق المختلفة على عمر هذه الأجهزة وكفاءتها وسلامتها. يعد تصميم البطاريات وحالتها ، فضلاً عن إمكانية تطبيق بروتوكول شحن معين مع البنية التحتية للشبكة الكهربائية الحالية ، من المتغيرات الرئيسية أيضًا.
لمواجهة هذه التحديات ، أبلغ دوفيك وفريقه البحثي في مختبر أيداهو الوطني الآن عن استخدام تقنيات التعلم الآلي التي تتضمن بيانات الشحن لإنشاء بروتوكولات شحن فريدة. من خلال إدخال معلومات حول حالة العديد من بطاريات الليثيوم أيون أثناء دورات الشحن والتفريغ ، قام العلماء بتدريب تحليل التعلم الآلي للتنبؤ بأعمارها والطرق التي ستفشل بها التصميمات المختلفة في النهاية. ثم قام الفريق بإعادة هذه البيانات إلى التحليل لتحديد وتحسين البروتوكولات الجديدة التي قاموا باختبارها بعد ذلك على بطاريات حقيقية.
يقول دوفيك: “لقد زدنا بشكل كبير من كمية الطاقة التي يمكن أن تدخل في خلية البطارية في فترة زمنية قصيرة”. “حاليًا ، نشهد شحن البطاريات إلى أكثر من 90٪ في 10 دقائق بدون طلاء الليثيوم أو تكسير الكاثود.”
يعد الانتقال من بطارية شبه ميتة إلى بطارية واحدة بطاقة 90٪ في 10 دقائق فقط بعيدًا كل البعد عن الطرق الحالية ، والتي، في أحسن الأحوال ، يمكن أن تجعل السيارة الكهربائية تشحن بالكامل في حوالي نصف ساعة. بينما يبحث العديد من الباحثين عن طرق لتحقيق هذا النوع من الشحن فائق السرعة ، يقول دوفيك أن إحدى ميزات نموذج التعلم الآلي الخاص بهم هو أنه يربط البروتوكولات بفيزياء ما يحدث بالفعل في البطارية.
يخطط الباحثون لاستخدام نموذجهم لتطوير طرق أفضل وللمساعدة في تصميم بطاريات ليثيوم أيون جديدة مُحسَّنة للخضوع لشحن سريع.
يقول دوفيك إن الهدف النهائي هو أن تكون السيارات الكهربائية قادرة على “إخبار” محطات الشحن بكيفية تشغيل بطارياتها المحددة بسرعة وأمان.
