O echipă de ingineri de la Stanford a descoperit că maşinile electrice au nevoie de episoade de accelerare intensă pentru a-şi lungi durata de viaţă a bateriei

Pasionaţii auto, mai ales cei cu un interes mai avansat pentru construcţia motoarelor, ştiu că oricât de eficiente în consum ar putea fi motoarele cu ardere internă, acestea au nevoie periodică de a fi turate mai tare, în episoade de condus intens, pentru a-şi menţine starea bună. Era valabil şi la motoarele de demult, cu carburatoare care riscau altfel să se înfunde, dar e la fel de valabil şi la motoarele moderne, cu injecţie directă, cu pompe variabile de ulei care lubrifiază mai puţin motorul la turaţii joase, cu sisteme EGR şi filtre de particule. Ei bine, se pare că şi maşinile electrice au nevoie de asemenea episoade de accelerare intensă, chiar dacă nimeni n-ar fi bănuit că asta le poate fi necesar şi lor. Însă o echipă de ingineri de la renumita universitate Stanford din SUA a făcut un studiu profund în comportamentul bateriilor şi a venit cu această concluzie bazată pe fapte şi demonstraţii ştiinţifice.

La maşini electrice această necesitate nu vine de la electromotoare, deşi şi acestea sunt lubrifiate cu ulei şi răcite cu lichid acum. Ea vine de la baterii, iar echipa de ingineri a constatat că durata de viaţă a unei baterii va fi mult mai scurtă dacă proprietarul maşinii o va conduce doar în ritm lent, ultra eficient în consum.

Dacă, însă, proprietarul va recurge periodic la episoade de accelerare intensă şi condus mai dinamic, în ceea ce fizicienii de la Stanford numesc „ciclicitate dinamică”, durata de viaţă a baterie va fi cu până la 38% mai mare! Iar parametrii ei tehnici se vor menţine neschimbaţi pe o perioadă mult mai mare de timp.

Echipa de fizicieni şi ingineri de la Stanford au pornit studiul pentru a afla cum influenţează stilul de condus durata de viaţă a bateriilor. Aşteptarea celor mai mulţi dintre noi ar fi că dacă o maşină electrică e condusă mai des la intensitate maximă, bateria ar degrada mai repede, în mod similar cum ni se spunea mai înainte că bateriile degradează mai repede când sunt încărcare la staţii fast charge, faţă de cele încărcate doar acasă. Dar rezultatele studiului au arătat că, de fapt, cei care condus întotdeauna ultra eficient au şanse mari să se pomenească în situaţia unei baterii degradate mai repede.

Care e explicaţia ştiinţifică şi cât de profund a fost studiul? Ei bine, îndoielile despre reprezentativitate şi profunzime ne sunt spulberate de faptul că studiul a durat 2 ani şi a cuprins 92 de modele diferite de celule de baterii pentru maşini electrice. O parte din baterii au beneficiat de condiţii de laborator ce simulau condusul în regimul tipice eficiente, atât de oraş, cât şi autostrăzi, inclusiv condus lung cu viteză constantă. O altă parte din baterii cu au beneficiat de simulări specifice şoferilor care preferă condus mai dinamic, cu apăsări periodice mai intense de acceleraţii, uneori chiar la maxim.

Au existat mai multe variaţii de scenarii, pe cele 92 de baterii, pentru a avea şi scenarii intermediare, nu doar două extreme, iar descoperirile arată că cel mai bine şi-au păstrat starea bateriile care au fost condus şi dinamic. E perfect acceptabil să se conducă uneori şi la viteze constante de autostradă, şi în regimuri lejere, dar e absolut crucial să existe şi episoade de condus dinamic, spune concluzia studiului, pentru că doar astfel de păstrează starea bună de sănătate a bateriei.

Explicaţia ştiinţifică vine din faptul că bateria, şi în special circulaţia de ioni între catozi şi anozi, cu electrolitul dintre ei, are nevoie de aceşti curenţi mari generaţi la apăsările intense de acceleraţie, întrucât la curenţi mici constanţi bateria ajunge mai rapid să manifeste degradare prin formare de dendrite în electrolit şi prin reducerea capacităţii de stocare. Simplu vorbind, asta se explică prin lipsa variaţiilor mari de frecvenţă şi intensitate a curentului care circulă între electrozii bateriei a cei care conduc întotdeauna lent, iar curentul care circulă întotdeauna în mod foarte similar, ajunge la etapa în care o parte din ioni vor fi prinşi în textura electrolitului şi va fi accelerat procesul de formare a dendritelor, iar depunerea lor în electrolit reduce permeabilitatea bateriei şi deci puterea, şi taie din electronii utili ce pot circular între electrozi, ceea ce înseamnă reducerea capacităţii de stocare.

Însă dacă acei curenţi din baterie au variaţii mai de frecvenţă şi intensitate, atunci fluxurile mari ajung să „împingă” şi ionii prinşi în decursul aceluiaşi ciclu de condus, până la etapa în care masa lor începe să depună pe suprafaţa electrolitului. Şi aici e important ca nu doar regenerarea să fie puternică, ci şi accelerarea, întrucât direcţia fluxurilor de ion e inversă la accelerare, faţă de regenerare.

Deci, principiul simplificat e cam acelaşi ca şi la motoarele cu combustie — doar că acolo se drenau depunerile carbonice din combustibil şi se dorea lubrifierea bună, în timp ce la bateriile electrice se drenează posibilele formări de dendrite în electrolit, de obicei compuse din litiu şi uneori din alte reziduuri conţinute în electrozi.

Dacă circuli foarte eficient şi constant cu maşina ta electrică, variaţii curenţilor va fi foarte mică şi aceste depuneri se vor accelera. Dacă vei varia din când în când condusul cu episoade de condus dinamic, aceste depuneri se vor minimiza graţie „drenării” date de variaţiile mari de intensitate şi frecvenţă ale curentului, iar bateria va avea o durată de viaţă mai lungă la final.

Întregul studiu, cu zeci de grafice, surse de date şi cifre ale experimentelor, a fost publicat în revista Nature, ca o lucrare ştiinţifică în toată legea, pentru a putea fi analizată şi verificată de toată comunitatea oamenilor de ştiinţă. Din echipa de studiu fac parte Alexis Geslin, Le Xu, Devi Ganapathi, Kevin Moy, William C. Chueh şi Simona Onori, toţi având CV-uri impresionante în inginerie, fizică, electrochimie, energie a materialelor şi analiză de date mari. Prin urmare, nu vorbim de vreun studiu obscur, ci un studiu făcută de oameni de ştiinţă de la renumita universitate Stanford, sub care semnează cu reputaţia lor oameni de ştiinţă cu cariere respectate.

Concluzia e simplă, deci. Şi maşinile electrice au nevoie să fie apăsate puternic din când în când. Nu în detrimentul siguranţei, bineînţeles, dar filosofia aia că dacă ai conduce maşina electrică doar într-un mod ultra eficient, bateria va ţine mai mult — e greşită. Cu 38% mai multă durată de viaţă dacă mai şi apeşi pedala de acceleraţie puternic din când în când e o diferenţă majoră în cât poate ţine bateria unei maşini electrice.