மீள் மின்னூட்டம் செய்யக்கூடிய மின்கலன்களின் நீண்ட ஆயுளுக்கான இரகசியம், வேறுபாடுகளை ஏற்றுக்கொள்வதில் அடங்கியிருக்கலாம். ஒரு மின்கலத் தொகுப்பில் உள்ள லித்தியம்-அயன் செல்கள் எவ்வாறு சிதைவடைகின்றன என்பது குறித்த புதிய மாதிரியாக்கம், ஒவ்வொரு செல்லின் திறனுக்கு ஏற்ப மின்னூட்டத்தை வடிவமைப்பதற்கான ஒரு வழியைக் காட்டுகிறது. இதன்மூலம் மின்சார வாகன மின்கலன்கள் அதிக மின்னூட்டச் சுழற்சிகளைக் கையாளவும், செயலிழப்பைத் தவிர்க்கவும் முடியும்.

நவம்பர் 5 ஆம் தேதி வெளியிடப்பட்ட இந்த ஆய்வுIEEE கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு தொழில்நுட்ப பரிவர்த்தனைகள்ஒரு மின்கலத் தொகுப்பில் உள்ள ஒவ்வொரு மின்கலத்திற்கும் மின்னூட்டத்தைச் சீராக வழங்குவதற்குப் பதிலாக, அந்தப் பாயும் மின்சாரத்தின் அளவைத் திறம்பட நிர்வகிப்பதன் மூலம், தேய்மானத்தை எவ்வாறு குறைக்கலாம் என்பதை இது காட்டுகிறது. இந்த அணுகுமுறை, ஒவ்வொரு மின்கலமும் அதன் சிறந்த மற்றும் நீண்ட ஆயுளை வாழ்வதற்குத் திறம்பட வழிவகுக்கிறது.

ஸ்டான்ஃபோர்ட் பேராசிரியரும், இந்த ஆய்வின் முதன்மை ஆசிரியருமான சிமோனா ஓனோரியின் கூற்றுப்படி, பேட்டரிக்குக் கூடுதல் அழுத்தத்தை ஏற்படுத்தும் அடிக்கடி செய்யப்படும் வேகமான மின்னேற்றத்தின் போதும், புதிய தொழில்நுட்பத்தைக் கொண்டு நிர்வகிக்கப்படும் பேட்டரிகள் குறைந்தபட்சம் 20% அதிகமான மின்னேற்ற-மின்னிறக்கச் சுழற்சிகளைக் கையாள முடியும் என்று ஆரம்பகட்ட உருவகப்படுத்துதல்கள் தெரிவிக்கின்றன.

மின்சாரக் கார் பேட்டரியின் ஆயுளை நீட்டிப்பதற்கான முந்தைய முயற்சிகள் பெரும்பாலும், ஒரு சங்கிலியின் இணைப்புகளைப் போலவே, ஒரு பேட்டரி பேக்கின் திறனும் அதன் பலவீனமான செல்லின் திறனைப் பொறுத்தே அமையும் என்ற கருத்தின் அடிப்படையில், ஒற்றை செல்களின் வடிவமைப்பு, மூலப்பொருட்கள் மற்றும் உற்பத்தியை மேம்படுத்துவதில் கவனம் செலுத்தின. உற்பத்திக் குறைபாடுகள் காரணமாகவும், வெப்பம் போன்ற அழுத்தங்களுக்கு உள்ளாகும் போது சில செல்கள் மற்றவற்றை விட வேகமாகச் சிதைவடைவதாலும் பலவீனமான இணைப்புகள் தவிர்க்க முடியாதவை என்றாலும், அவை முழு பேட்டரி பேக்கையும் செயலிழக்கச் செய்ய வேண்டியதில்லை என்ற புரிதலுடன் இந்த புதிய ஆய்வு தொடங்குகிறது. செயலிழப்பைத் தவிர்ப்பதற்காக, ஒவ்வொரு செல்லின் தனித்துவமான திறனுக்கு ஏற்ப மின்னேற்றும் விகிதங்களை வடிவமைப்பதே இதன் முக்கிய அம்சமாகும்.

"சரியாகக் கையாளப்படாவிட்டால், செல்களுக்கு இடையேயான சீரற்ற தன்மைகள் ஒரு பேட்டரி பேக்கின் ஆயுட்காலம், ஆரோக்கியம் மற்றும் பாதுகாப்பைப் பாதிக்கக்கூடும், மேலும் அது பேட்டரி பேக்கில் முன்கூட்டியே செயலிழப்பை ஏற்படுத்திவிடும்," என்று ஸ்டான்ஃபோர்ட் டோயர் ஸ்கூல் ஆஃப் சஸ்டைனபிலிட்டியின் ஆற்றல் அறிவியல் பொறியியல் உதவிப் பேராசிரியரான ஓனோரி கூறினார். "எங்களின் அணுகுமுறை, பேக்கில் உள்ள ஒவ்வொரு செல்லிலும் ஆற்றலைச் சமன்செய்து, அனைத்து செல்களையும் சமச்சீரான முறையில் இறுதி இலக்கு மின்னூட்ட நிலைக்குக் கொண்டுவந்து, பேக்கின் ஆயுட்காலத்தையும் மேம்படுத்துகிறது."

ஒரு மில்லியன் மைல் பேட்டரியை உருவாக்கத் தூண்டப்பட்டது

இந்தப் புதிய ஆராய்ச்சிக்கான உந்துதலின் ஒரு பகுதி, மின்சாரக் கார் நிறுவனமான டெஸ்லா 2020-ல் வெளியிட்ட "ஒரு மில்லியன் மைல் பேட்டரி" குறித்த அறிவிப்பிலிருந்து தொடங்குகிறது. இது, ஒரு பழைய தொலைபேசி அல்லது மடிக்கணினியில் உள்ள லித்தியம்-அயன் பேட்டரியைப் போல, மின்சார வாகனத்தின் பேட்டரியும் செயல்பட முடியாத அளவுக்கு மிகக் குறைந்த மின்னூட்டத்தை அடையும் நிலையை அடைவதற்கு முன்பு, (வழக்கமான மின்னேற்றத்தின் மூலம்) ஒரு காரை 1 மில்லியன் மைல்கள் அல்லது அதற்கும் மேலாக இயக்கக்கூடிய திறன் கொண்ட ஒரு பேட்டரியாக இருக்கும்.

அத்தகைய ஒரு மின்கலம், மின்சார வாகன மின்கலன்களுக்கு வாகன உற்பத்தியாளர்கள் வழங்கும் எட்டு ஆண்டுகள் அல்லது 100,000 மைல்கள் என்ற வழக்கமான உத்தரவாதத்தை விட அதிகமாக இருக்கும். மின்கலத் தொகுப்புகள் வழக்கமாக அவற்றின் உத்தரவாதக் காலத்தை விட நீண்ட காலம் நீடித்தாலும், விலை உயர்ந்த மின்கலத் தொகுப்புகளை மாற்றுவது இன்னும் அரிதாகிவிட்டால், மின்சார வாகனங்கள் மீதான நுகர்வோர் நம்பிக்கை வலுப்படுத்தப்படலாம். ஆயிரக்கணக்கான முறை மின்னேற்றம் செய்யப்பட்ட பிறகும் மின்னூட்டத்தைத் தக்கவைத்துக் கொள்ளக்கூடிய ஒரு மின்கலம், நீண்ட தூரம் செல்லும் சரக்குந்துகளை மின்மயமாக்குவதற்கும், மற்றும் 'வாகனம்-மின்கட்டமைப்பு' (vehicle-to-grid) அமைப்புகளை ஏற்றுக்கொள்வதற்கும் வழிவகுக்கும். இந்த அமைப்புகளில், மின்சார வாகனங்களின் மின்கலன்கள், புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைச் சேமித்து மின்கட்டமைப்பிற்கு அனுப்பும்.

"மில்லியன் மைல் பேட்டரி என்ற கருத்தாக்கம் உண்மையில் ஒரு புதிய வேதியியல் அல்ல, மாறாக பேட்டரியை அதன் முழு சார்ஜ் வரம்பையும் பயன்படுத்த விடாமல் இயக்குவதற்கான ஒரு வழிமுறை மட்டுமே என்று பின்னர் விளக்கப்பட்டது," என்று ஓனோரி கூறினார். இது தொடர்பான ஆராய்ச்சி, பொதுவாக முழு பேட்டரி பேக்குகளைப் போல விரைவாக சார்ஜ் திறனை இழக்காத ஒற்றை லித்தியம்-அயன் செல்களை மையமாகக் கொண்டுள்ளது.

ஆர்வம் தூண்டப்பட்ட ஓனோரியும், அவரது ஆய்வகத்தைச் சேர்ந்த முனைவர் பட்ட மேற்படிப்பு ஆய்வாளர் வாஹித் அஸிமி மற்றும் முனைவர் பட்ட மாணவர் அனிருத் அல்லாம் ஆகிய இரண்டு ஆராய்ச்சியாளர்களும், நூற்றுக்கணக்கான அல்லது ஆயிரக்கணக்கான செல்களைக் கொண்டிருக்கக்கூடிய ஒரு முழுமையான மின்கலத் தொகுப்பின் செயல்திறனையும் சேவை ஆயுளையும், தற்போதுள்ள மின்கல வகைகளை புத்தாக்கத்துடன் கையாள்வதன் மூலம் எவ்வாறு மேம்படுத்தலாம் என்பதை ஆராய முடிவு செய்தனர்.

ஒரு உயர்-துல்லிய பேட்டரி மாதிரி

முதல் படியாக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு மின்கலத்தின் செயல்பாட்டுக் காலத்தில் அதன் உள்ளே நிகழும் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் மாற்றங்களைத் துல்லியமாகப் பிரதிபலிக்கும் ஒரு உயர்-துல்லியமான கணினி மாதிரியை உருவாக்கினர். இந்த மாற்றங்களில் சில நொடிகளிலோ அல்லது நிமிடங்களிலோ நிகழ்கின்றன – மற்றவை மாதங்கள் அல்லது பல ஆண்டுகள் கூட ஆகலாம்.

"எங்களுக்குத் தெரிந்தவரை, நாங்கள் உருவாக்கியது போன்ற உயர்-துல்லியமான, பல-கால அளவு பேட்டரி மாதிரியை முந்தைய எந்த ஆய்வும் பயன்படுத்தவில்லை," என்று ஸ்டான்ஃபோர்ட் ஆற்றல் கட்டுப்பாட்டு ஆய்வகத்தின் இயக்குநரான ஓனோரி கூறினார்.

இந்த மாதிரியைக் கொண்டு மேற்கொள்ளப்பட்ட உருவகப்படுத்துதல்கள், ஒரு நவீன மின்கலத் தொகுப்பின் கூறுகளுக்கு இடையேயான வேறுபாடுகளை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம் அதனை உகந்ததாக்கி கட்டுப்படுத்த முடியும் என்று சுட்டிக்காட்டின. ஓனோரியும் அவரது சகாக்களும், தற்போதுள்ள வாகன வடிவமைப்புகளில் எளிதாகப் பயன்படுத்தக்கூடிய மின்கல மேலாண்மை அமைப்புகளின் உருவாக்கத்திற்கு வரும் ஆண்டுகளில் வழிகாட்ட, தங்களது இந்த மாதிரி பயன்படுத்தப்படும் என்று கருதுகின்றனர்.

மின்சார வாகனங்கள் மட்டும் பயனடையப் போவதில்லை. "பேட்டரி பேக்கிற்கு அதிக அழுத்தத்தைக் கொடுக்கும்" எந்தவொரு பயன்பாடும், இந்தப் புதிய முடிவுகளின் அடிப்படையில் சிறந்த மேலாண்மைக்கு ஒரு நல்ல தேர்வாக இருக்கக்கூடும் என்று ஓனோரி கூறினார். ஓர் உதாரணமா? மின்சாரத்தில் செங்குத்தாகப் புறப்பட்டுத் தரையிறங்கும் ட்ரோன் போன்ற விமானங்கள் (சில நேரங்களில் eVTOL என அழைக்கப்படுகின்றன). அடுத்த பத்தாண்டுகளில் இவை வான்வழி டாக்சிகளாகவும், பிற நகர்ப்புற வான்வழிப் போக்குவரத்துச் சேவைகளை வழங்கவும் செயல்படும் என்று சில தொழில்முனைவோர் எதிர்பார்க்கின்றனர். இருப்பினும், பொது விமானப் போக்குவரத்து மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை பெரிய அளவில் சேமிப்பது உள்ளிட்ட, மீண்டும் மின்னேற்றம் செய்யக்கூடிய லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளுக்கான பிற பயன்பாடுகளும் உள்ளன.

"லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள் ஏற்கனவே பல வழிகளில் உலகை மாற்றிவிட்டன," என்று ஓனோரி கூறினார். "இந்த மாற்றத்தை உருவாக்கும் தொழில்நுட்பம் மற்றும் இனி வரவிருக்கும் அதன் வாரிசுகளிடமிருந்து நம்மால் இயன்ற அளவு அதிகப் பலன்களைப் பெறுவது முக்கியம்."