組成鋰電池組的許多電池并不都是一樣的；一些電池會(huì)比其他電池更快退化和報(bào)廢。斯坦福大學(xué)的新研究發(fā)現(xiàn)，如果每個(gè)電池都得到單獨(dú)的充電處理，那么整個(gè)電池的壽命就會(huì)大大延長(zhǎng)。有許多原因?qū)е码姵亟M中的個(gè)別電池可能變得比其他電池更弱。也許在制造或材料方面存在差異。也許有些電池比其他電池更容易暴露在熱源中，或者處于更難冷卻的位置。
無(wú)論哪種情況，平均單體電池的壽命比平均電池組的壽命長(zhǎng)，而正是這些脆弱的電池使整個(gè)電池組工作效率低下。
斯坦福大學(xué)Doerr可持續(xù)發(fā)展學(xué)院能源科學(xué)工程助理教授西蒙娜·奧諾里（Simona Onori）說(shuō)：“如果不妥善處理，電池單元之間的異質(zhì)性會(huì)損害電池組的壽命、健康和安全，并誘發(fā)電池組的早期故障。”她是一項(xiàng)新研究的作者，旨在使鋰電池組的使用壽命更長(zhǎng)。
快速充電和放電事件對(duì)電池單元來(lái)說(shuō)是一種壓力，雖然它們被設(shè)計(jì)得可以承受這種壓力，但這些是較弱的電池受到影響和惡化最快的時(shí)刻。因此，斯坦福大學(xué)的研究小組想知道，以同樣的速度給所有電池單元充電的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是否會(huì)加速電池的損壞。
研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，在一個(gè)加速的時(shí)間框架內(nèi)測(cè)試他們的理論，結(jié)果他們認(rèn)為這是一個(gè)前所未有的模擬細(xì)節(jié)水平。他們?cè)噲D準(zhǔn)確地代表電池的物理和化學(xué)狀態(tài)，以及在其整個(gè)生命周期中與一系列壓力有關(guān)的變化，包括在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生的變化，一直到可能需要幾個(gè)月或幾年的其他變化。
奧諾里說(shuō)：“據(jù)我們所知，以前的研究沒(méi)有使用過(guò)我們創(chuàng)建的那種高保真度、多時(shí)間尺度的電池模型。”
利用這個(gè)模型，他們進(jìn)行了一些模擬，比較了標(biāo)準(zhǔn)的、設(shè)定速率的充電方法和其他方法，其中每個(gè)電池的容量作為一個(gè)指標(biāo)，說(shuō)明它能承受多少充電功率。這里的理論是，只有最強(qiáng)壯的電芯應(yīng)該受到最高的壓力；已經(jīng)開(kāi)始提前退化的電芯，不管是什么原因都應(yīng)該被更溫和地對(duì)待，希望能延緩它們最終的衰退。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)單獨(dú)設(shè)置每個(gè)電池的充電速率，他們可以最大限度地減少溫度上升和電池退化，以至于這些電池組可以比均勻充電的電池多延長(zhǎng)至少20%的充電/放電周期——甚至使用頻繁的快速充電。
但缺點(diǎn)也是相當(dāng)明顯的；如果你正在給你的電動(dòng)車或手機(jī)電池快速充電，當(dāng)然希望它盡可能快地充電，這樣你就可以回到你正在做的任何事情上，在這樣的模式下，你的電池中一定數(shù)量的電池根本不會(huì)像平時(shí)那樣快速充電。如果你把你的電池看作是或多或少的一次性物品，而你的汽車是每隔幾年就會(huì)被更換的東西，很多消費(fèi)者不會(huì)關(guān)心他們是否在加速他們電池組的報(bào)廢，因?yàn)檫@是廠家和維修方的問(wèn)題。
電池組中的大多數(shù)電池通常情況都很好，有能力進(jìn)行快速充電。因此，在這種充電模式下，在快速充電器上充電半小時(shí)后，充電狀態(tài)的差別可能不會(huì)很大，如果電池可以被“哄騙”到更長(zhǎng)的使用壽命，這對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是更好的，因?yàn)樘崆案鼡Q的鋰電池預(yù)計(jì)在未來(lái)幾十年將對(duì)全球脫碳工作造成壓力。
研究人員說(shuō)，他們的充電模型可以很容易地通過(guò)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)推出，或用于指導(dǎo)下一代電池管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。他們還建議，同樣的模型可以應(yīng)用于放電周期，對(duì)較弱的電池要求較少，對(duì)較強(qiáng)的電池要求較多，以進(jìn)一步提高任何受到高應(yīng)力負(fù)載的電池組的壽命。事實(shí)上，該研究的作者之一現(xiàn)在在eVTOL 開(kāi)發(fā)商Archer Aviation擔(dān)任電池研究員。
“鋰離子電池已經(jīng)在很多方面改變了世界，”奧諾里說(shuō)，“重要的是，我們要盡可能多地從這項(xiàng)變革性技術(shù)及其后續(xù)技術(shù)中得到好處。”
這項(xiàng)研究發(fā)表在《IEEE控制系統(tǒng)技術(shù)期刊》上。 （逸文）
