रिचार्जेबल बॅटरींच्या दीर्घायुष्याचे रहस्य कदाचित विविधतेचा स्वीकार करण्यात दडलेले असू शकते. बॅटरी पॅकमधील लिथियम-आयन सेल कसे खराब होतात याचे नवीन मॉडेलिंग, प्रत्येक सेलच्या क्षमतेनुसार चार्जिंग जुळवून घेण्याचा एक मार्ग दाखवते, जेणेकरून ईव्ही बॅटरी अधिक चार्ज सायकल हाताळू शकतील आणि बिघाड टाळू शकतील.

५ नोव्हेंबर रोजी प्रकाशित झालेल्या संशोधनातआयईईई ट्रान्झॅक्शन्स ऑन कंट्रोल सिस्टम्स टेक्नॉलॉजीयामध्ये दाखवले आहे की, पॅकमधील प्रत्येक सेलला एकसमान चार्ज देण्याऐवजी, त्यामध्ये वाहणाऱ्या विद्युत प्रवाहाचे प्रमाण सक्रियपणे व्यवस्थापित केल्याने झीज कशी कमी करता येते. या पद्धतीमुळे प्रत्येक सेलला त्याचे सर्वोत्तम आणि सर्वात जास्त काळ आयुष्य जगता येते.

स्टॅनफोर्डच्या प्राध्यापिका आणि अभ्यासाच्या वरिष्ठ लेखिका सिमोना ओनोरी यांच्या मते, प्राथमिक सिम्युलेशनमधून असे दिसून आले आहे की, नवीन तंत्रज्ञानाने व्यवस्थापित केलेल्या बॅटरी, वारंवार फास्ट चार्जिंग करूनही, किमान २०% अधिक चार्ज-डिस्चार्ज सायकल हाताळू शकतात, कारण फास्ट चार्जिंगमुळे बॅटरीवर अतिरिक्त ताण येतो.

इलेक्ट्रिक कारच्या बॅटरीचे आयुष्य वाढवण्याच्या बहुतेक पूर्वीच्या प्रयत्नांनी एकल सेलची रचना, साहित्य आणि उत्पादन सुधारण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. यामागील गृहीतक असे होते की, साखळीतील कड्यांप्रमाणे, बॅटरी पॅकची कार्यक्षमता त्याच्या सर्वात कमकुवत सेलवर अवलंबून असते. नवीन अभ्यासाची सुरुवात या समजुतीने होते की, उत्पादनातील अपूर्णतेमुळे आणि उष्णतेसारख्या ताणांना सामोरे गेल्याने काही सेल इतरांपेक्षा लवकर खराब होत असल्यामुळे कमकुवत दुवे अपरिहार्य असले तरी, त्यामुळे संपूर्ण पॅक निकामी होण्याची गरज नाही. अपयश टाळण्यासाठी प्रत्येक सेलच्या विशिष्ट क्षमतेनुसार चार्जिंग दरांमध्ये बदल करणे हे महत्त्वाचे आहे.

"जर योग्य प्रकारे हाताळले नाही, तर सेल-टू-सेल भिन्नता बॅटरी पॅकचे आयुष्य, आरोग्य आणि सुरक्षितता धोक्यात आणू शकते आणि बॅटरी पॅकमध्ये वेळेआधीच बिघाड निर्माण करू शकते," असे स्टॅनफोर्ड डोअर स्कूल ऑफ सस्टेनेबिलिटी येथील ऊर्जा विज्ञान अभियांत्रिकीचे सहायक प्राध्यापक ओनोरी म्हणाले. "आमची पद्धत पॅकमधील प्रत्येक सेलमध्ये ऊर्जा समान करते, सर्व सेल्सना संतुलित पद्धतीने चार्जच्या अंतिम लक्ष्यित स्थितीत आणते आणि पॅकचे आयुष्य वाढवते."

दशलक्ष मैल धावणारी बॅटरी बनवण्याची प्रेरणा मिळाली.

या नवीन संशोधनामागील एक प्रेरणा, इलेक्ट्रिक कार कंपनी टेस्लाने २०२० मध्ये केलेल्या एका घोषणेशी संबंधित आहे, ज्यात त्यांनी 'मिलियन-माईल बॅटरी'वर काम करत असल्याची घोषणा केली होती. ही एक अशी बॅटरी असेल जी (नियमित चार्जिंगसह) एका गाडीला १० लाख मैल किंवा त्याहून अधिक अंतर चालवू शकेल, आणि त्यानंतरच ती एका अशा टप्प्यावर पोहोचेल, जिथे जुन्या फोन किंवा लॅपटॉपमधील लिथियम-आयन बॅटरीप्रमाणे, इलेक्ट्रिक वाहनाच्या बॅटरीमध्ये कार्यान्वित राहण्यासाठी खूप कमी चार्ज शिल्लक राहील.

अशी बॅटरी वाहन उत्पादकांच्या इलेक्ट्रिक वाहनांच्या बॅटरीसाठी असलेल्या आठ वर्षे किंवा १,००,००० मैलांच्या सर्वसाधारण वॉरंटीपेक्षा अधिक काळ टिकेल. जरी बॅटरी पॅक नियमितपणे त्यांच्या वॉरंटी कालावधीपेक्षा जास्त काळ टिकत असले तरी, जर महागड्या बॅटरी पॅक बदलण्याची गरज आणखी दुर्मिळ झाली, तर इलेक्ट्रिक वाहनांवरील ग्राहकांचा विश्वास वाढू शकतो. हजारो वेळा रिचार्ज केल्यानंतरही चार्ज टिकवून ठेवणारी बॅटरी, लांब पल्ल्याच्या ट्रकच्या विद्युतीकरणाचा आणि तथाकथित 'व्हेईकल-टू-ग्रीड' प्रणालीचा अवलंब करण्याचा मार्गही सुकर करू शकते, ज्यामध्ये ईव्हीच्या बॅटरी अक्षय ऊर्जा साठवून ती पॉवर ग्रीडसाठी वितरित करतील.

"नंतर असे स्पष्टीकरण देण्यात आले की, दशलक्ष-मैल बॅटरीची संकल्पना हे खरे तर नवीन रसायनशास्त्र नव्हते, तर बॅटरीला तिची पूर्ण चार्ज रेंज वापरू न देता ती चालवण्याची एक पद्धत होती," असे ओनोरी म्हणाले. संबंधित संशोधन एकल लिथियम-आयन सेलवर केंद्रित आहे, जे सामान्यतः पूर्ण बॅटरी पॅकच्या तुलनेत तितक्या लवकर चार्ज क्षमता गमावत नाहीत.

उत्सुकतेपोटी, ओनोरी आणि तिच्या प्रयोगशाळेतील दोन संशोधक – पोस्टडॉक्टरल स्कॉलर वाहिद अझिमी आणि पीएचडी विद्यार्थी अनिरुद्ध अल्लाम – यांनी, सध्या अस्तित्वात असलेल्या बॅटरीच्या प्रकारांचे नाविन्यपूर्ण व्यवस्थापन करून, शेकडो किंवा हजारो सेल्स असलेल्या संपूर्ण बॅटरी पॅकची कार्यक्षमता आणि सेवा आयुष्य कसे सुधारता येईल, याचा शोध घेण्याचे ठरवले.

उच्च-विश्वसनीयता बॅटरी मॉडेल

पहिली पायरी म्हणून, संशोधकांनी बॅटरीच्या कार्यप्रणालीचे एक उच्च-विश्वसनीय संगणकीय मॉडेल तयार केले, जे बॅटरीच्या कार्यकाळात तिच्या आत होणाऱ्या भौतिक आणि रासायनिक बदलांचे अचूक प्रतिनिधित्व करते. यापैकी काही बदल काही सेकंद किंवा मिनिटांत घडतात, तर काहींना घडायला महिने किंवा अगदी वर्षे लागतात.

"आमच्या माहितीनुसार, आम्ही तयार केलेल्या प्रकारच्या उच्च-विश्वसनीयता असलेल्या, बहु-कालखंड बॅटरी मॉडेलचा वापर यापूर्वी कोणत्याही अभ्यासात केला गेला नाही," असे स्टॅनफोर्ड एनर्जी कंट्रोल लॅबचे संचालक ओनोरी म्हणाले.

मॉडेलसह सिम्युलेशन चालवल्यावर असे दिसून आले की, आधुनिक बॅटरी पॅकच्या घटक पेशींमधील फरक स्वीकारून त्याला ऑप्टिमाइझ आणि नियंत्रित केले जाऊ शकते. ओनोरी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांची अशी कल्पना आहे की, येत्या काही वर्षांत त्यांच्या मॉडेलचा उपयोग बॅटरी व्यवस्थापन प्रणालींच्या विकासाला मार्गदर्शन करण्यासाठी केला जाईल, ज्या सध्याच्या वाहनांच्या डिझाइनमध्ये सहजपणे तैनात केल्या जाऊ शकतील.

याचा फायदा केवळ इलेक्ट्रिक वाहनांनाच होणार नाही. ओनोरी म्हणाले की, बॅटरी पॅकवर खूप ताण देणारा कोणताही अनुप्रयोग, नवीन निष्कर्षांच्या आधारे अधिक चांगल्या व्यवस्थापनासाठी एक चांगला पर्याय ठरू शकतो. एक उदाहरण? इलेक्ट्रिक व्हर्टिकल टेकऑफ आणि लँडिंग असलेली ड्रोनसारखी विमाने, ज्यांना कधीकधी eVTOL म्हटले जाते. काही उद्योजकांना अपेक्षा आहे की, पुढील दशकात ही विमाने एअर टॅक्सी म्हणून चालवली जातील आणि इतर शहरी हवाई वाहतूक सेवा पुरवतील. तरीही, रिचार्ज करण्यायोग्य लिथियम-आयन बॅटरीसाठी इतरही उपयोग खुणावत आहेत, ज्यात सामान्य विमान वाहतूक आणि अक्षय ऊर्जेचा मोठ्या प्रमाणावर साठा यांचा समावेश आहे.

"लिथियम-आयन बॅटरींनी आधीच अनेक प्रकारे जग बदलले आहे," ओनोरी म्हणाले. "या परिवर्तनकारी तंत्रज्ञानाचा आणि त्याच्या भविष्यात येणाऱ्या उत्तराधिकारी तंत्रज्ञानाचा आपण शक्य तितका अधिक उपयोग करून घेणे महत्त्वाचे आहे."