Baterie zasilające pojazdy elektryczne są niezbędne, ale to, jak długo wytrzymują w codziennej jeździe, pozostaje trudnym pytaniem. Większość testów przeprowadzanych w laboratoriach wykorzystuje podstawowe, stałe procedury ładowania i rozładowywania – metody, w których prąd przepływa ze stałą szybkością – które nie odpowiadają sposobowi prowadzenia pojazdów w świecie rzeczywistym. Kierując się celem ulepszenia przewidywań dotyczących akumulatorów i wydłużenia ich żywotności, naukowcy zbadali, czy te tradycyjne metody rzeczywiście odzwierciedlają codzienną jazdę.
Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda, dr Simona Onori i dr William Chueh, badali, jak akumulatory reagują na zmieniające się zapotrzebowanie na moc, np. podczas uruchamiania i zatrzymywania samochodów lub korzystania z energooszczędnych hamulców, zwanych hamowaniem regeneracyjnym, które odzyskują energię podczas zwalniania. Ich odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Energy, podważają długo utrzymywane założenia dotyczące sposobu testowania akumulatorów.
Dr Onori i dr Chueh przeprowadzili testy szeroko stosowanych ogniw akumulatorów pojazdów elektrycznych w ramach dziesiątek różnych scenariuszy stylu jazdy, w tym wzorców na podstawie rzeczywistych danych o ruchu drogowym i symulowanych komputerowo podróży. Eksperymenty te trwały miesiącami i miały przypominać sposób, w jaki ludzie faktycznie prowadzą samochód, np. poruszanie się po ulicach miast lub poruszanie się po autostradach. To, co odkryli, było nieoczekiwane — akumulatory używane w różnych warunkach jazdy faktycznie wytrzymywały znacznie dłużej niż te testowane przy stałym, niezmiennym zużyciu energii. Z punktu widzenia jazdy może to oznaczać, że samochód przejedzie znacznie dalej, zanim konieczna będzie wymiana akumulatora.
„Odkryliśmy, że dynamiczna praca cykliczna — ładowanie i rozładowywanie o różnej intensywności — znacznie wydłuża żywotność baterii w porównaniu z rozładowaniem prądem stałym” – wyjaśnił dr Onori. Efekt ten był jeszcze bardziej zauważalny, gdy moc pobierana z akumulatora była generalnie niższa. Badanie ujawniło również, że stosowanie podczas testów wyłącznie stałych wzorców zużycia energii często daje zbyt pesymistyczny obraz tego, jak długo naprawdę wytrzyma bateria.
Być może najważniejszym wnioskiem z badania jest to, że zmiany w ilości energii zużywanej przez pojazd w różnych momentach – szczególnie podczas zwalniania lub zatrzymywania – mają duży wpływ na starzenie się akumulatorów. Za pomocą łatwych do interpretacji modeli komputerowych – narzędzi cyfrowych symulujących warunki w świecie rzeczywistym – zespół wskazał, że tego rodzaju powolne i delikatne wahania mogą w rzeczywistości pomóc w utrzymaniu baterii w lepszym stanie na dłużej. Dr Chueh zauważył: „W tej pracy określono ilościowo znaczenie oceny składu chemicznego nowych akumulatorów – kombinacji materiałów, z których składa się akumulator – oraz projektów z realistycznymi profilami obciążenia, czyli wzorcami zużycia energii obserwowanymi podczas codziennych czynności, co podkreśla możliwości ponownego spojrzenia na nasze rozumienie mechanizmów starzenia”.
Takie wyniki nie tylko stanowią wyzwanie dla długo stosowanych metod laboratoryjnych, ale także wskazują lepsze rozwiązania w zakresie projektowania i konserwacji akumulatorów. Widząc, jak codzienna jazda wpływa na zużycie akumulatora, programiści mogą budować inteligentniejsze systemy, które wykorzystują te naturalne korzyści. Jak podsumowali dr Onori i dr Chueh: „Dynamiczna jazda na rowerze nie przyspiesza degradacji, a raczej wydłuża żywotność”.
Przejście na metody testowania odzwierciedlające jazdę w warunkach rzeczywistych mogłoby mieć ogromne znaczenie. Ponieważ narzędzia i pojazdy zasilane akumulatorowo stają się coraz bardziej powszechne w życiu codziennym, spostrzeżenia te mogą pomóc w opracowaniu rozwiązań energetycznych, które będą działać dłużej i wydajniej.
Odniesienie do czasopisma
Geslin A., Xu L., Ganapathi D., Moy K., Chueh WC, Onori S. „Dynamiczna jazda na rowerze zwiększa żywotność baterii”. Energia Natury, 2025; 10:172-180. DOI: https://doi.org/10.1038/s41560-024-01675-8
O Autorach
Doktor Simona Onori jest wiodącym ekspertem w dziedzinie systemów energetycznych i zarządzania akumulatorami, obecnie pełni funkcję profesora nadzwyczajnego na Uniwersytecie Stanforda. Jej badania koncentrują się na modelowaniu, sterowaniu i diagnostyce elektrochemicznych systemów magazynowania energii, ze szczególnym uwzględnieniem akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w pojazdach elektrycznych i zastosowaniach energii odnawialnej. Wniosła znaczący wkład w rozwój algorytmów poprawiających żywotność i wydajność baterii poprzez integrację danych o użytkowaniu w świecie rzeczywistym. Dr Onori otrzymała kilka prestiżowych nagród i jest doceniana za swoje interdyscyplinarne podejście, które łączy inżynierię i nauki stosowane. Jej prace są często publikowane w czołowych czasopismach energetycznych i wywarły wpływ na praktyki branżowe w zakresie technologii motoryzacyjnych i magazynowania sieciowego. Oprócz osiągnięć akademickich jest zapaloną zwolenniczką zrównoważonego transportu i mentorką kolejnego pokolenia inżynierów i naukowców zajmujących się przestrzenią czystej energii.
Doktor William Cheeh jest uznanym naukowcem zajmującym się materiałami i profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie Stanforda, gdzie kieruje także Laboratorium Magazynowania i Konwersji Energii w Stanford. Jego badania koncentrują się na opracowywaniu materiałów do magazynowania energii nowej generacji, ze szczególnym uwzględnieniem akumulatorów półprzewodnikowych i zaawansowanych technologii litowo-jonowych. Dr Chueh łączy metody eksperymentalne z podejściami opartymi na danych, aby zrozumieć i poprawić wydajność i trwałość systemów energetycznych. Jego praca odegrała kluczową rolę w kształtowaniu przyszłości technologii akumulatorów i doprowadziła do współpracy zarówno z instytucjami akademickimi, jak i wiodącymi firmami technologicznymi. Uznany za swoje pionierskie wysiłki, otrzymał wiele wyróżnień, w tym nagrody i stypendia na początku kariery. Dr Chueh jest także powiązany z Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC, gdzie uczestniczy w krajowych inicjatywach badawczych w dziedzinie czystej energii. Jako innowator myślący przyszłościowo opowiada się za integracją nauk podstawowych z rzeczywistymi rozwiązaniami energetycznymi, które wspierają globalne cele w zakresie zrównoważonego rozwoju.
