Những tiến bộ nhanh chóng trong hóa học pin kết hợp với thói quen di động ngày càng phát triển đang thách thức phương pháp truyền thống để tối ưu hóa hiệu suất pin. Tại đây, Tiến sĩ Doron Myersdorf, Giám đốc điều hành của công ty tiên phong về sạc cực nhanh StoreDot, giải thích lý do tại sao các nhà sản xuất pin phải tìm ra những cách mới để tăng tính linh hoạt của hiệu suất pin ở cấp độ hóa học để hỗ trợ nhiều nhu cầu đa dạng của người lái xe, đồng thời chỉ ra một số tác động của các mô hình thúc đẩy mới cho ngành công nghiệp xe điện rộng lớn hơn.
Tiến sĩ Doron Myersdorf, Giám đốc điều hành, StoreDot Ngành công nghiệp xe điện (EV) đang phát triển với tốc độ nhanh ban đầu và không ở đâu điều này rõ ràng hơn lĩnh vực phát triển pin. Các phương pháp tiếp cận mới triệt để đối với hóa học pin đang cho phép các nhà phát triển công nghệ vượt qua những thách thức mà cách đây 5 năm được coi là không thể - chẳng hạn như khả năng sạc đầy một chiếc xe điện chỉ trong 5 phút. Mục tiêu của tất cả công việc khó khăn này? Để tối ưu hóa trải nghiệm lái xe EV và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang phương thức di chuyển hoàn toàn bằng điện bằng cách vượt qua rào cản chính ngày nay đối với sự lo lắng về phạm vi sử dụng và sạc. Tuy nhiên, khi bản thân quá trình hóa học của pin tiếp tục phát triển, rõ ràng là phương pháp tiếp cận truyền thống của ngành để tối ưu hóa hiệu suất vòng đời cũng phải như vậy.
Hãy bắt đầu bằng cách xem xét cách đo hiệu suất vòng đời của pin theo truyền thống. Điều này dựa trên ba thông số chính - mật độ năng lượng, tốc độ sạc và số chu kỳ sạc - xả. Những biến số này gắn bó chặt chẽ với nhau, có nghĩa là nếu chúng ta tối ưu hóa một biến thì những biến số khác sẽ xấu đi. Do đó, việc tối ưu hóa pin chủ yếu dựa vào việc tìm ra sự kết hợp tốt nhất của ba thông số này. Theo nhiều khía cạnh, đây là một quá trình khá dễ đoán và có nghĩa là nếu chúng tôi sạc pin trong sáu giờ, chúng tôi biết rằng nó có thể sẽ cung cấp khoảng 2000 chu kỳ.
Tuy nhiên, sự xuất hiện của các nhà máy hóa học pin mới, cùng với sự phức tạp ngày càng tăng của hệ thống quản lý pin và thói quen lái xe thay đổi đang làm thay đổi cuộc chơi. Đột nhiên, hiệu suất của pin không còn mang tính xác định nữa; thay vào đó, nó có thể thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào cách xe được lái và sạc. Điều này có nghĩa là tư duy của chúng ta cũng cần phải thay đổi. Thực tế là chúng ta không thể tiếp tục tối ưu hóa hiệu suất của pin theo cách như chúng ta đã làm trước đây, như một hàm tĩnh. Nó cần phải liên quan đến hồ sơ của người lái xe và nó cần phải động.
Đối với các nhà phát triển công nghệ pin, nhu cầu xác định thói quen của người lái xe EV trong tương lai là đặc biệt thích hợp. Trong khi hệ thống quản lý pin cho phép chúng ta linh hoạt trong việc thay đổi các thông số nhất định theo thời gian nếu nhu cầu của người lái xe thay đổi - ví dụ:nếu họ thay đổi công việc và đột nhiên cần sử dụng xe thường xuyên hơn hoặc cho những hành trình dài hơn - thì khả năng hóa pin là cố định. Đây là lý do tại sao điều quan trọng là phải đảm bảo rằng hóa chất và thiết kế đã chọn của pin càng phù hợp với nhu cầu dự kiến của người lái xe càng tốt.
Nhận thức này đã khiến chúng tôi phải cân nhắc xem người lái xe EV trong tương lai sẽ trông như thế nào và điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến thói quen lái xe và sạc pin của họ. Trên thực tế, sẽ có hàng trăm hồ sơ trình điều khiển khác nhau, nhưng để đơn giản hơn, chúng ta hãy chỉ tập trung vào ba hồ sơ. Đầu tiên, có một bà mẹ ở ngoại ô, người chủ yếu sử dụng ô tô của mình cho những chặng đường ngắn và sạc xe qua đêm tại nhà. Ở đầu kia của quang phổ có những doanh nhân thường xuyên đi công tác xa, thường xuyên ở lại khách sạn qua đêm; đối với anh ấy hoặc cô ấy, sạc nhanh thường xuyên là điều cần thiết. Sau đó, có người lái xe rơi vào một nơi nào đó giữa hai thái cực, sử dụng ô tô của họ cho cả chặng đường ngắn và dài và do đó yêu cầu cả sạc chậm và sạc nhanh.
Đối với mỗi câu chuyện này, có một hàm ý về đặc điểm kỹ thuật của pin. Vì vậy, ví dụ:nếu một trình điều khiển luôn sạc nhanh, chúng ta cần xem xét cách chúng tôi tối ưu hóa hóa học dựa trên loại hành vi đó để đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa mật độ năng lượng và vòng đời cho trình điều khiển cụ thể đó.
Những tiến bộ nhanh chóng trong hóa học pin kết hợp với thói quen di chuyển ngày càng phát triển đang thách thức phương pháp truyền thống để tối ưu hóa hiệu suất pin Có rất nhiều cân nhắc về hóa học và điện hóa học cần được tính đến để tối ưu hóa công thức và thiết kế pin dựa trên nhu cầu của người lái xe. Điều này bao gồm việc thiết lập sự kết hợp tối ưu của graphite, silicon và / hoặc các kim loại khác trong anốt, xác định tỷ lệ tải từ cực âm trên cực dương phù hợp và đảm bảo rằng giới hạn điện áp cắt trên và dưới của pin vẫn nằm trong giới hạn an toàn. Tuy nhiên, mỗi quyết định mà chúng tôi đưa ra đều có sự phân nhánh cho các yếu tố khác của thiết kế và hóa học pin, và do đó, tất cả những điều này cần được tính đến trong giai đoạn thiết kế.
Khi chúng tôi phát triển công nghệ sạc cực nhanh (XFC), một trong những thách thức chính mà chúng tôi phải vượt qua là quản lý khả năng mở rộng của silicon trong quá trình sạc nhanh. Chúng tôi đạt được điều này bằng cách sử dụng các hạt nano được kết hợp theo cấu trúc 3D để tạo khoảng trống cho các hạt giãn nở mà không ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc tổng thể hoặc thể tích của cực dương. Khi thiết kế pin cho phù hợp với một mô hình hoạt động cụ thể, chúng ta không chỉ cần xác định sự kết hợp tốt nhất của các vật liệu để tối ưu hóa các thông số quan trọng nhất đối với trình điều khiển, mà còn cả cách mỗi sự kết hợp ảnh hưởng đến cấu trúc của cực dương. Vì vậy, ví dụ:trong khi pin được tối ưu hóa cho cả XFC và sạc chậm có thể chiếm ưu thế về silicon, thì chỉ pin XFC mới yêu cầu sử dụng các hạt nano để kiểm soát sự giãn nở của silicon trong quá trình sạc nhanh.
Để làm phức tạp thêm vấn đề, cấu trúc của cực dương cũng bị ảnh hưởng bởi loại chất điện phân và phụ gia điện phân được sử dụng như một phần của lớp SEI khi các ion di chuyển từ cực âm sang cực dương. Vì việc lựa chọn phụ gia phụ thuộc vào việc pin có được tối ưu hóa cho XFC, sạc chậm hay ở đâu đó giữa hai loại pin này, nên điều này cũng phải được coi là một phần của thiết kế cực dương tổng thể.
Sự kết hợp của các vật liệu được sử dụng trong cực dương cũng sẽ ảnh hưởng đến giới hạn điện áp cắt trên và dưới của pin, vì vậy đây là một biến số khác cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế. Tương tự như vậy, chúng ta cũng cần tính đến mô hình hoạt động của xe sẽ tác động như thế nào đến tỷ lệ tải cực âm và cực dương (tỷ lệ C trên A) của pin. Việc thiết lập tỷ lệ C trên A chính xác là rất quan trọng để đảm bảo rằng trong mọi chu kỳ nạp và phóng điện đều xảy ra phản ứng thuận nghịch hoàn toàn, nghĩa là tất cả liti có thể được chuyển hoàn toàn qua lại giữa cực âm và cực dương. Khi thiết kế pin, chúng tôi có thể tăng kích thước của cực âm hoặc cực dương khoảng 5% để cân bằng việc truyền lithium, vì mỗi tùy chọn cung cấp một điểm tối ưu hóa khác nhau. Trong pin được tối ưu hóa để sạc nhanh, cực âm cần lớn hơn một chút, trong khi trong pin được tối ưu hóa để sạc chậm, kích thước của cực dương có thể tăng lên.
Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng hóa học và thiết kế của pin EV phù hợp nhất với nhu cầu dự kiến của người lái xe Đây chỉ là một số cách mà công nghệ pin có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt hơn nhu cầu phát triển của các trình điều khiển xe điện trong tương lai. Tuy nhiên, lợi ích của việc áp dụng cách tiếp cận lấy khách hàng làm trung tâm hơn sẽ vượt xa việc cải thiện hiệu suất pin. Ví dụ:việc thu thập dữ liệu về thói quen lái xe trên quy mô lớn sẽ chứng tỏ vô giá đối với các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng khi xác định số lượng và loại điểm sạc cần thiết, tức là nên triển khai điểm sạc chậm hay điểm sạc nhanh ở từng địa điểm cụ thể.
Điều này sẽ yêu cầu một cách tiếp cận được tiêu chuẩn hóa về cách dữ liệu được thu thập và phổ biến cho các bên liên quan. Quá trình này nên bắt đầu tại thời điểm mua hàng, với việc nhà bán lẻ đặt một loạt câu hỏi như "trên thang điểm từ 1-10, mức độ quan trọng của sạc nhanh đối với bạn?". Một cách tiếp cận khác là yêu cầu khách hàng cho phép tải xuống Google Driver Analytics của họ, từ đó có quyền truy cập vào thông tin cần thiết như thời gian hành trình trung bình, khoảng cách, tốc độ lái xe và thói quen sạc chỉ bằng một nút bấm. Sau đó, nhà bán lẻ sẽ có thể giúp khách hàng của họ không chỉ chọn loại xe tốt nhất cho phong cách sống của họ mà còn cả loại pin tối ưu dựa trên thói quen lái xe và sạc pin cụ thể của họ.
Nếu chúng ta nhìn sâu hơn về con đường, chúng ta có thể thấy điểm dừng cuối cùng trong hành trình này sẽ cung cấp pin tùy chỉnh hoàn toàn theo tiêu chuẩn. Mặc dù hiện tại chúng ta còn một chặng đường dài để đạt được mục tiêu này, nhưng điều quan trọng là các khối xây dựng cần thiết phải được đưa ra ngay bây giờ. Chỉ bằng cách đặt người lái xe một cách chắc chắn vào ghế lái, chúng tôi sẽ mở khóa thành công giai đoạn phát triển tiếp theo của pin EV.
Việc thu thập dữ liệu về thói quen lái xe trên quy mô lớn sẽ chứng tỏ vô giá đối với các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng khi xác định số lượng và loại điểm sạc cần thiết Tất cả đều bắt đầu ... bằng pin.
Tại sao Tesla là chiếc xe của tương lai?
Tại sao mạng sạc mở lại là tương lai của tính năng sạc EV
Hướng dẫn cơ bản về lý do tại sao pin bật sáng trên ô tô