Um novo estudo do SLAC-Stanford University Battery Center mostra que as baterias dos veículos elétricos (EV) podem durar muito mais tempo em condições reais do que se pensava anteriormente. Ao testar as baterias através de perfis de descarga dinâmica que simulavam cenários reais de condução, os investigadores descobriram que estas condições podem prolongar a vida útil da bateria, derrubando algumas suposições de longa data sobre a degradação da bateria EV.
As baterias de veículos elétricos (EV) utilizadas em condições típicas de condução, como condução em trânsito intenso, viagens longas na autoestrada, viagens curtas na cidade e longos períodos de estacionamento, podem durar até 30% mais do que o estimado anteriormente. A descoberta vem de um novo estudo realizado por pesquisadores do SLAC-Stanford Battery Center, uma colaboração entre o Precourt Institute for Energy Research da Universidade de Stanford e o SLAC National Accelerator Laboratory. As descobertas sugerem que os proprietários de veículos elétricos podem não precisar substituir baterias caras ou comprar veículos novos tão rapidamente quanto pensam.
Tradicionalmente, quando cientistas e engenheiros de baterias testam novos designs de baterias em laboratório, eles carregam e descarregam repetidamente a uma taxa constante. Essa abordagem permite que os pesquisadores avaliem rapidamente a vida útil da bateria e outras características de desempenho. No entanto, estes testes podem não refletir com precisão as condições de condução reais, resultando em estimativas excessivamente conservadoras da vida útil da bateria.
De acordo com uma pesquisa publicada em 9 de dezembro na Nature Energy, essa não é uma boa maneira de prever a vida útil da bateria de um veículo elétrico, especialmente para quem possui veículos elétricos para deslocamento diário. Embora os preços das baterias tenham despencado cerca de 90% nos últimos 15 anos, as baterias ainda representam quase um terço do preço dos novos veículos eléctricos. Portanto, os passageiros atuais e futuros de veículos elétricos podem ficar felizes em ouvir esta notícia.
“Não testamos as baterias EV da maneira certa”, disse a autora sênior Simona Onori, professora associada do Departamento de Ciência e Engenharia Energética da Dole School of Sustainability de Stanford. “Para nossa surpresa, durante a condução real, acelerações frequentes, travagens para recarregar a bateria, parar para fazer compras nas lojas e deixar a bateria descansar durante algumas horas ajudaram a prolongar a vida útil da bateria, e não o que pensávamos com base nos testes laboratoriais padrão da indústria.”
Os pesquisadores projetaram quatro curvas de descarga de veículos elétricos, variando de descarga contínua padrão até descarga dinâmica com base em dados reais de condução. A equipe de pesquisa conduziu testes de curva de descarga em 92 baterias comerciais de íons de lítio por mais de dois anos. Em última análise, quanto mais fielmente a curva de descarga reflectir o comportamento de condução real, maior será a vida útil esperada do veículo eléctrico.
O estudo descobriu que vários fatores contribuem para a expectativa de vida inesperadamente longa. Algoritmos de aprendizado de máquina treinados em todos os dados coletados pela equipe de pesquisa ajudam a descobrir o impacto das curvas de descarga dinâmicas na degradação da bateria.
Por exemplo, pesquisas mostram uma correlação entre aceleração breve e acentuada do VE e decaimento mais lento. Isto vai contra uma suposição de longa data dos pesquisadores de baterias, incluindo a nossa equipe, de que a aceleração máxima é ruim para as baterias EV.
Pressionar o pedal com mais força não acelerará o envelhecimento. Alexis Geslin, um dos três autores principais do estudo e estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais e ciência da computação na Escola de Engenharia de Stanford, explica.
A equipe também estudou a diferença entre o envelhecimento da bateria devido a múltiplos ciclos de carga e descarga e o envelhecimento da bateria ao longo do tempo. Se uma bateria em casa ficar sem uso numa gaveta durante muitos anos, mesmo que funcione, não funcionará tão bem como quando a comprou.
“Nossos engenheiros de baterias acreditam que o envelhecimento cíclico é muito mais importante do que o envelhecimento induzido pelo tempo. Isto se aplica principalmente a veículos elétricos comerciais, como ônibus e vans de entrega, que estão quase sempre em uso ou sendo carregados”, disse Geslin. “Para os consumidores que utilizam VEs para chegar ao trabalho, buscar os filhos, ir ao supermercado, mas que na sua maioria não os utilizam ou até deixam os carros e as baterias completamente inativos, o tempo torna-se uma causa mais dominante do envelhecimento do que a circulação.”
Este estudo identificou um ponto ideal de taxa de descarga média que equilibra o envelhecimento do tempo e o envelhecimento do ciclo, pelo menos para as células comerciais testadas. Felizmente, esta janela enquadra-se na faixa dos consumidores que realmente conduzem veículos eléctricos. As montadoras podem atualizar seu software de gerenciamento de bateria de veículos elétricos para aproveitar as vantagens de novas pesquisas para maximizar a vida útil da bateria em condições reais.
"No futuro, será importante avaliar novos produtos químicos e projetos de baterias com curvas de demanda realistas", disse LeXu, pós-doutorado em ciência e engenharia de energia. "Os pesquisadores podem agora revisitar os supostos mecanismos de envelhecimento nos níveis químico, de materiais e de bateria para obter uma compreensão mais profunda. Isso facilitará o desenvolvimento de algoritmos de controle avançados para otimizar o uso de arquiteturas de baterias comerciais existentes." "
Este estudo mostra que as implicações não se limitam às baterias. Cientistas e engenheiros podem aplicar estes princípios a outras aplicações de armazenamento de energia, bem como a outros materiais e dispositivos em áreas da ciência física onde o envelhecimento é crítico, tais como plásticos, vidro, células solares e alguns biomateriais utilizados em implantes.
“Este trabalho destaca o poder de integração de vários campos de especialização, desde ciência de materiais até controles e modelagem até aprendizado de máquina, para impulsionar a inovação”, disse Onori.
Compilado de /ScitechDaily