Изследователи отТехнически университет в Мюнхен(ТУМ) иRWTH Aachen UniversityВ Германия са сравнили електрическите характеристики на високоенергийни натриево-йонни батерии (SIB) с тези на най-съвременни високоенергийни литиево-йонни батерии (LIB) с литиево-железен фосфатен (LFP) катод.

Екипът установи, че състоянието на заряд и температурата имат по-голямо влияние върху импулсното съпротивление и импеданса на SIB-ите, отколкото на LIB-ите, което може да повлияе на дизайнерските решения и предполага, че SIB-ите може да изискват по-сложни системи за управление на температурата и заряда, за да оптимизират производителността, особено при по-ниски нива на заряд.

• За да обясним по-подробно импулсното съпротивление: терминът се отнася до това с колко пада напрежението на батерията, когато се приложи внезапно захранване. Следователно, изследванията показват, че натриево-йонните батерии са по-засегнати от нивото на заряд и температурата, отколкото литиево-йонните батерии.

Изследване:

„Натриево-йонните батерии [SIB] обикновено се разглеждат като временен заместител на LIB“, заявяват учените. „Въпреки това, разликите в електрохимичното поведение на натрия и лития изискват адаптации както на анода, така и на катода. Докато за литиево-йонните батерии [LIB] обикновено се използва графит като аноден материал, за SIB твърдият въглерод в момента се разглежда като най-обещаващ материал за SIB.“

Те също така обясниха, че тяхната работа е предназначена да запълни празнина в изследванията, тъй като все още липсват знания за електрическото поведение на SIB по отношение на различни температури и състояния на заряд (SOCs).

Изследователският екип проведе, по-специално, измервания на електрическите характеристики при температури в диапазона от 10 градуса по Целзий до 45 градуса по Целзий и измервания на напрежението на отворена верига на пълната клетка при различни температури, както и измервания на половин клетки на съответните клетки при 25 градуса по Целзий.

„Освен това, изследвахме влиянието на температурата и зарядното състояние (SOC) както върху съпротивлението на постоянен ток (R DC), така и върху галваностатичната електрохимична импедансна спектроскопия (GEIS),“ уточнява се в съобщението. „За да изследваме използваемия капацитет, използваемата енергия и енергийната ефективност при динамични условия, проведохме тестове за скорост на натоварване, като прилагахме различни скорости на натоварване при различни температури.“

Изследователите са измерили литиево-йонна батерия, натриево-йонна батерия с никел-манганово-железен катод и литиево-йонна батерия с LFP катод. И трите са показали хистерезис на напрежението, което означава, че напрежението им на отворена верига се е различавало между зареждането и разреждането.

„Интересното е, че за SIB-ите хистерезисът се проявява предимно при ниски стойности на зарядно напрежение (SOC), което според измерванията на полуклетките вероятно се дължи на твърдия въглероден анод“, подчертаха академиците. „R DC и импедансът на LIB показват много малка зависимост от SOC. За разлика от това, за SIB-ите, R DC и импедансът се увеличават значително при SOC под 30%, докато по-високите SOC имат обратен ефект и водят до по-ниски стойности на R DC и импеданса.“

Освен това, те установиха, че температурната зависимост на R_DC и импеданса е по-висока за SIB, отколкото за LIB. „Тестовете на LIB не показват значително влияние на SOC (стандартното състояние на батерията) върху ефективността при двупосочно преминаване. За разлика от това, циклирането на SIB от 50% до 100% SOC може да намали загубите на ефективност с повече от половината в сравнение с циклирането от 0% до 50%“, обясниха те допълнително, отбелязвайки, че ефективността на SIB нараства драстично при циклиране на клетките в по-висок диапазон на SOC в сравнение с по-нисък диапазон на SOC.