Litiumjonbatterier finns överallt. I allt från mobiltelefoner och bärbara datorer till drönare och elbilar.
Med sin lätta vikt, effektiva förmåga att lagra energi samt att det är laddningsbart är litiumjonbattieriet perfekt i de elektroniska enheter vi har med på resande fot.
Trots att vi hela tiden forskar i utvecklingen av nya effektiva litiumjonbatterier som håller längre och laddas upp fortare, så har en grupp forskare vid Stanford University i stället fokuserat på att göra de batterier vi redan har mer effektiva.
De har undersökt själva laddningsmetoden och deras resultat har publicerats i tidskriften IEEE Transactions on Control Systems Technology.
Den svagaste länken
Det finns många faktorer som kan förkorta litiumjonbatteriers livslängd – temperaturförändringar, slitage och återuppladdningar – speciellt supersnabba uppladdningar.
Litiumjonbatterier består av en massa celler som samlas i ett paket och på så sätt utgör ett helt batteri.
En äldre modell av ett litiumjonbatteri av Varta. Vi ser oftast ett batteri som ett helt paket, men inuti finns det tusentals celler, som lever sina egna liv. Forskarna vid Stanford ska ge var och en av dessa celler isolerade uppladdningshastigheter.
Vissa celler är dock mer livsdugliga än andra. En del kan exempelvis dö snabbare än andra på grund av fabriksfel.
Några celler kan utsättas för hög värme eller att återuppladdas mer intensivt. Det leder också till sämre funktion.
Litiumjonbatterier är alltså inte bättre än sin svagaste länk. En dålig cell kan försämra hela batteripaketets effektivitet.
När vi i dag laddar våra batterier i exempelvis vår elbil eller mobiltelefon, så laddar vi upp hela cellpaketet. Det resulterar i att en del celler laddas felaktigt och slits ut fortare.
När vi kasserar batteriet kan det alltså fortfarande finnas många fungerande celler kvar.
Datormodell hittade en lösning
För att ta reda på hur de kunde skapa en effektivare laddningsmetod, föresatte sig forskarna att undersöka vad som faktiskt händer inuti ett litiumjonbatteri när det används under längre tid.
De utvecklade en datormodell som kunde undersöka de fysiska och kemiska förändringar som äger rum i ett batteri under dess livstid – under allt från ett par sekunder och minuter till månader och år.
I datormodellen skapade forskarna simuleringar av olika situationer som kan stressa och pressa cellerna.
Det gav mycket detaljerad information om batterislitage som inte tidigare har varit känd.
Läs också:
När de första simuleringarna hade genomgåtts visade det sig att ett batteri kan leva längre om varje enskild cell laddas upp separat i stället för att hela paketet laddas upp samtidigt.
Litiumjonbatteriets celler ska med andra ord laddas upp vid olika hastigheter. Genom att aktivt styra den mängd elektriska ström som flyter till varje cell i ett paket, så utsätts batteriet för mindre slitage.
Den nya laddningsmetoden kan öka batteriets livslängd med inte mindre än 20 procent.
Med utgångspunkt i sina resultat har forskargruppen sammanställt en guide till hur exempelvis elbiltillverkare kan implementera tekniken i de produkter de redan har.
Forskarna påpekar att metoden kan användas i fler litiumjonbatterier, som de i mobiltelefoner, eldrivna tåg och drönare.