Los vehículos eléctricos híbridos, teléfonos celulares, cámaras digitales y el rover Mars Curiosity son solo algunos de los muchos dispositivos que usan baterías recargables de iones de litio. Ahora, un equipo de investigadores de Penn State tiene una fórmula matemática simple para predecir qué factores son los másinfluir en el envejecimiento de la batería de iones de litio.
Las baterías de iones de litio funcionan moviendo iones de litio del electrodo negativo al electrodo positivo y en la dirección opuesta cuando la batería se carga. La frecuencia y la forma exacta en que se usa esa batería determina la duración de la vida útil de la batería. Modelos complejos que predicenEl envejecimiento de la batería existe y se utiliza para el diseño de la batería. Sin embargo, se necesitan modelos más rápidos y simples para comprender los factores más importantes que influyen en el envejecimiento para que los sistemas de gestión de la batería en los vehículos eléctricos híbridos, por ejemplo, puedan controlar mejor las baterías de iones de litio.
"Comenzamos haciendo modelos específicamente para las baterías de Volvo que se sintonizaron con su química específica y demostraron que los modelos coincidían experimentalmente", dijo Christopher Rahn, profesor de ingeniería mecánica, Penn State. "Luego nos enfocamos en simplificar los modelos antiguos".. Ahora, tenemos el último modelo de envejecimiento simplificado hasta una fórmula ".
Los investigadores informan su trabajo hoy 30 de octubre en el Diario de fuentes de energía .
Según Rahn, una batería envejece o se degrada, ya sea que se encuentre en un estante o se use. La causa principal del envejecimiento de la batería de iones de litio es la formación continua de la capa de interfase de electrolitos sólidos SEI en la batería.Se debe formar una capa SEI para que la batería funcione porque controla la cantidad de reacciones químicas que ocurren en la batería. Sin embargo, a medida que la batería se usa continuamente, se acumulan reacciones secundarias a pequeña escala en la capa SEI, lo que disminuye la capacidad de la batería.cuánta carga puede soportar la batería. Los modelos permiten a los investigadores comprender cómo los diferentes factores afectan este proceso de degradación para que se puedan fabricar baterías más duraderas y rentables.
Los vehículos eléctricos híbridos combinan la eficiencia de los vehículos eléctricos con la potencia y la longevidad de los vehículos que funcionan con gasolina porque tienen un motor de combustión interna convencional que funciona con gasolina y un motor eléctrico alimentado por baterías. El motor eléctrico utiliza frenos regenerativos, que tomanla energía que estaba moviendo el automóvil hacia adelante y convertirlo en energía mecánica, poner el motor eléctrico en reversa y desacelerar el automóvil. El motor eléctrico actúa como un generador y toma la electricidad que se genera para almacenarla en baterías para uso futuro.contrasta con los sistemas de frenado convencionales en los que la energía de frenado se desperdicia cuando la fricción convierte la energía en calor.
Según los investigadores, esta nueva fórmula de envejecimiento simple tiene en cuenta solo los factores que más influyen en el envejecimiento de la batería de iones de litio al afectar el crecimiento de la capa SEI, que incluyen el estado de carga, la frecuencia con la que la batería se carga / descarga por completo,temperatura de funcionamiento y corriente.
"Las compañías de automóviles pueden usar esta fórmula para cuantificar qué factores contribuyen más en el envejecimiento y centrarse más en ellos y menos en todos los demás factores que no juegan un papel tan importante", agregó Tanvir Tanim, estudiante graduadoen ingeniería mecánica, Penn State.
Como parte del estudio, Tanim y Rahn compararon la precisión de su fórmula con la de los modelos más complejos que usan baterías disponibles comercialmente. Descubrieron que su fórmula simple funciona igual de bien.
"Cada vez que simplificas un modelo, se pierden algunas cosas", dijo Rahn. "Tenemos modelos complicados porque son muy precisos. A medida que simplificas, tienes que justificar cada suposición que haces. No estaba seguro de quepodría simplificar el modelo a una fórmula. Es bastante sorprendente ver explícitamente cómo las cosas dependen unas de otras ".
Rahn y Tanim ya han visto los beneficios de tener una fórmula simple para modelar el envejecimiento de la batería usándola para mostrar que aumentar la temperatura de las baterías de iones de litio en vehículos eléctricos híbridos extiende la vida útil de la batería, lo cual es contrario a lo que la mayoríaLos investigadores piensan que este efecto fue algo que Volvo había visto anteriormente con sus baterías, y usando esta fórmula de envejecimiento, Rahn y Tanim podrían explicar por qué.
Volvo Group Trucks Technology apoyó este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Carrie Lewis. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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