Istraživači izTehnički univerzitet u Minhenu(TUM) iUniverzitet RWTH Aachenu Njemačkoj su uporedili električne performanse visokoenergetskih natrijum-jonskih baterija (SIB) sa performansama najsavremenije visokoenergetske litijum-jonske baterije (LIB) sa litijum-gvožđe-fosfatnom (LFP) katodom.

Tim je otkrio da stanje napunjenosti i temperatura imaju veći utjecaj na otpor impulsa i impedansu SIB-ova nego LIB-ova, što može utjecati na izbor dizajna i sugerira da bi SIB-ovi mogli zahtijevati sofisticiranije sisteme za upravljanje temperaturom i punjenjem kako bi se optimizirale performanse, posebno pri nižim nivoima napunjenosti.

• Da bismo detaljnije objasnili otpor impulsa: termin se odnosi na to koliko napon baterije pada kada se primijeni nagli zahtjev za napajanjem. Stoga istraživanje pokazuje da su natrijum-jonske baterije više pogođene nivoom napunjenosti i temperaturom nego litijum-jonske baterije.

Istraživanje:

„Natrijum-jonske baterije [SIB] se generalno smatraju zamjenom za LIB-ove“, izjavili su naučnici. „Ipak, razlike u elektrohemijskom ponašanju natrijuma i litijuma zahtijevaju prilagođavanja i na anodi i na katodi. Dok se za litijum-jonske baterije [LIB] obično koristi grafit kao materijal anode, za SIB-ove se tvrdi ugljik trenutno smatra najperspektivnijim materijalom za SIB-ove.“

Također su objasnili da je njihov rad imao za cilj popuniti prazninu u istraživanju, budući da još uvijek nedostaje znanja o električnom ponašanju SIB-ova u smislu različitih temperatura i stanja naelektrisanja (SOC).

Istraživački tim je proveo, posebno, mjerenja električnih performansi na temperaturama u rasponu od 10 stepeni Celzijusa do 45 stepeni Celzijusa i mjerenja napona otvorenog kola pune ćelije na različitim temperaturama, kao i mjerenja polućelija odgovarajućih ćelija na 25 stepeni Celzijusa.

„Nadalje, istražili smo utjecaj temperature i stanja napunjenosti (SOC) na otpor istosmjernoj struji (R DC) i galvanostatsku elektrohemijsku impedanciju spektroskopiju (GEIS),“ precizira se. „Da bismo ispitali iskoristivi kapacitet, iskoristivu energiju i energetsku efikasnost u dinamičkim uslovima, izvršili smo testove brzine primjene različitih brzina opterećenja na različitim temperaturama.“

Istraživači su izmjerili litijum-jonsku bateriju, natrijum-jonsku bateriju sa nikl-mangan-željezno katodom i litijum-jonsku bateriju sa LFP katodom. Sve tri su pokazale histerezu napona, što znači da se njihov napon otvorenog kola razlikovao između punjenja i pražnjenja.

„Zanimljivo je da se kod SIB-ova histereza prvenstveno javlja pri niskim vrijednostima stanja napunjenosti (SOC), što je, prema mjerenjima na polućelijama, vjerovatno zbog tvrde ugljične anode“, naglasili su akademici. „R DC i impedancija LIB-a pokazuju vrlo malu zavisnost od stanja napunjenosti. Nasuprot tome, kod SIB-ova, R DC i impedancija značajno se povećavaju pri vrijednostima stanja napunjenosti ispod 30%, dok viši SOC-ovi imaju suprotan učinak i dovode do nižih vrijednosti R DC i impedancije.“

Štaviše, utvrdili su da je temperaturna zavisnost R_DC i impedanse veća za SIB-ove nego za LIB-ove. „LIB testovi ne pokazuju značajan uticaj SOC-a na efikasnost povratnog puta. Nasuprot tome, cikliranje SIB-ova od 50% do 100% SOC-a može smanjiti gubitke efikasnosti za više od polovine u poređenju sa cikliranjem od 0% do 50%“, dalje su objasnili, napominjući da efikasnost SIB-ova drastično raste kada se ćelije cikliraju u višem rasponu SOC-a u poređenju sa nižim rasponom SOC-a.