Kargagarri diren baterien iraupen luzeko sekretua desberdintasunaren besarkadan egon daiteke. Litio-ioizko zelulen degradazioaren eredu berriek kargatzea zelula bakoitzaren edukierara egokitzeko modu bat erakusten dute, ibilgailu elektrikoen bateriek karga-ziklo gehiago jasan ditzaten eta matxurak saihesteko.

Ikerketa, azaroaren 5ean argitaratuaIEEE Transakzioak Kontrol Sistemen Teknologiari buruz, erakusten du nola pakete bateko zelula bakoitzera doan korronte elektrikoaren kantitatea aktiboki kudeatzeak, karga uniformeki eman beharrean, higadura eta urradura minimizatu ditzakeen. Ikuspegi honek zelula bakoitzari bere bizitza onena –eta luzeena– bizitzea ahalbidetzen dio.

Simona Onori Stanfordeko irakasle eta ikerketaren egile nagusiaren arabera, hasierako simulazioek iradokitzen dute teknologia berriarekin kudeatutako bateriek gutxienez % 20 karga-deskarga ziklo gehiago kudea ditzaketela, karga azkar maizekin ere, eta horrek tentsio gehigarria eragiten dio bateriari.

Auto elektrikoen baterien iraupena luzatzeko aurreko ahalegin gehienak zelula bakarren diseinua, materialak eta fabrikazioa hobetzean zentratu dira, kate bateko kate-begiak bezala, bateria-pakete bat bere zelula ahulena bezain ona dela oinarri hartuta. Ikerketa berria honako hau ulertzen hasten da: kate ahulak saihestezinak diren arren –fabrikazio-inperfekzioengatik eta zelula batzuk beste batzuk baino azkarrago degradatzen direlako beroaren antzeko estresen eraginpean daudenean–, ez dutela zertan bateria osoa hondatu. Gakoa karga-tasak zelula bakoitzaren gaitasun berezira egokitzea da, matxurak saihesteko.

«Behar bezala konpontzen ez badira, zelula arteko heterogeneotasunek bateria-multzo baten iraupena, osasuna eta segurtasuna arriskuan jar ditzakete, eta bateria-multzoaren matxura goiztiarra eragin», esan zuen Onori-k, Stanford Doerr Jasangarritasun Eskolan energia-zientzia ingeniaritzako irakasle laguntzaileak. «Gure ikuspegiak paketeko zelula bakoitzeko energia berdintzen du, zelula guztiak modu orekatuan karga-egoera zehatzera eramanez eta paketearen iraupena hobetuz».

Milioi bat kilometroko bateria bat eraikitzeko inspiratuta

Ikerketa berriaren bultzadaren zati bat Tesla auto elektrikoen konpainiak 2020an "milioi bat miliako bateria" baten inguruan egindako iragarpen batean dago. Bateria horrek auto bati milioi bat milia edo gehiago (karga arruntarekin) emateko gai izango litzateke, telefono edo ordenagailu eramangarri zahar bateko litio-ioizko bateriaren antzera, ibilgailu elektrikoaren bateriak funtzionatzeko karga gutxiegi duen puntura iritsi aurretik.

Bateria horrek ibilgailu elektrikoen baterien ohiko bermea gaindituko luke, hau da, zortzi urtekoa edo 160.000 kilometrokoa. Baterien paketeak normalean bermea baino gehiago irauten badu ere, kontsumitzaileen konfiantza indartu liteke ibilgailu elektrikoetan, bateria-pakete garestiak ordezkatzeak are arraroagoak bihurtuz gero. Milaka kargatu ondoren karga mantentzen duen bateria batek ere bidea erraztu dezake distantzia luzeko kamioien elektrifikazioan, eta ibilgailutik sare elektrikora konektatzen diren sistemak erabiltzean, non ibilgailu elektrikoen bateriek energia berriztagarria biltegiratu eta sare elektrikora bidaliko luketen.

«Geroago azaldu zen milioi bat miliako bateriaren kontzeptua ez zela benetan kimika berri bat, bateria funtzionarazteko modu bat baizik, karga-tarte osoa erabili gabe», esan zuen Onori-k. Lotutako ikerketak litio-ioizko zelula bakarretan zentratu dira, eta, oro har, ez dute karga-ahalmena galtzen bateria-multzo osoek bezain azkar.

Jakin-minduta, Onori eta bere laborategiko bi ikertzaileek –Vahid Azimi doktorego ondoko ikasleak eta Anirudh Allam doktoregoko ikasleak– erabaki zuten ikertzea nola hobetu zezakeen bateria mota berritzaileen kudeaketak ehunka edo milaka zelula izan ditzakeen bateria-multzo oso baten errendimendua eta bizitza erabilgarria.

Fideltasun handiko bateria eredua

Lehen urrats gisa, ikertzaileek bateriaren portaeraren ordenagailu-eredu fidagarri bat sortu zuten, bateriaren barruan bere bizitza erabilgarrian zehar gertatzen diren aldaketa fisiko eta kimikoak zehatz-mehatz irudikatzen zituena. Aldaketa horietako batzuk segundo edo minutu gutxitan gertatzen dira; beste batzuk, berriz, hilabete edo urte gutxitan.

«Guk dakigunez, aurreko ikerketa batek ez du guk sortutako fideltasun handiko eta denbora-eskala anitzeko bateria-eredu mota erabili», esan zuen Onori-k, Stanford Energy Control Laborategiko zuzendariak.

Modeloarekin simulazioak egitean, bateria-multzo moderno bat optimizatu eta kontrolatu daitekeela iradoki zen, osagai-zelulen arteko desberdintasunak kontuan hartuta. Onori eta lankideek aurreikusten dute beren eredua datozen urteetan bateria-kudeaketa sistemen garapena gidatzeko erabiliko dela, ibilgailuen diseinuetan erraz ezar daitezkeenak.

Ez dira ibilgailu elektrikoak bakarrik onuradunak. "Bateria-paketea asko estresatzen duen" ia edozein aplikazio izan liteke emaitza berriek oinarritzat hartuta kudeaketa hobea izateko hautagai ona, Onori-ren arabera. Adibide bat? Aireportutik aireratze eta lurreratze bertikal elektrikoa duten drone itxurako hegazkinak, batzuetan eVTOL deituak, ekintzaile batzuek aire-taxi gisa funtzionatuko dutela eta hiriko aire-mugikortasun zerbitzu gehiago emango dituztela espero dutenak hurrengo hamarkadan. Hala ere, litio-ioizko baterien beste aplikazio batzuk ere badaude, hala nola hegazkingintza orokorra eta energia berriztagarrien biltegiratze handia.

«Litio-ioizko bateriek mundua hainbeste modutan aldatu dute dagoeneko», esan zuen Onori-k. «Garrantzitsua da ahalik eta etekin handiena ateratzea teknologia eraldatzaile honetatik eta etorkizunekoetatik».