Investigadors de laUniversitat Tècnica de Munic(TUM) iUniversitat RWTH d'Aquisgràa Alemanya han comparat el rendiment elèctric de les bateries d'ions de sodi (SIB) d'alta energia amb el d'una bateria d'ions de liti (LIB) d'alta energia d'última generació amb un càtode de liti-ferro-fosfat (LFP).

L'equip va descobrir que l'estat de càrrega i la temperatura tenen una major influència en la resistència al pols i la impedància dels SIB que els LIB, cosa que pot influir en les opcions de disseny i suggereix que els SIB poden requerir sistemes de gestió de temperatura i càrrega més sofisticats per optimitzar el rendiment, especialment a nivells de càrrega més baixos.

• Per explicar més detalladament la resistència al pols: el terme fa referència a quant baixa el voltatge d'una bateria quan s'aplica una demanda de potència sobtada. Per tant, la investigació indica que les bateries d'ions de sodi es veuen més afectades pel nivell de càrrega i la temperatura que les bateries d'ions de liti.

Recerca:

«Les bateries d'ions de sodi [SIB] es consideren generalment un substitut immediat de les LIB», van afirmar els científics. «No obstant això, les diferències en el comportament electroquímic del sodi i el liti requereixen adaptacions tant a l'ànode com al càtode. Mentre que per a les bateries d'ions de liti [LIB] normalment s'utilitza grafit com a material de l'ànode, per als SIB el carboni dur es considera actualment el material més prometedor per als SIB».

També van explicar que el seu treball pretenia omplir un buit en la recerca, ja que encara hi ha una manca de coneixement sobre el comportament elèctric dels SIB en termes de temperatures variables i estats de càrrega (SOC).

L'equip de recerca va dur a terme, en particular, mesures del rendiment elèctric a temperatures que oscil·laven entre els 10 i els 45 graus C i mesures de voltatge en circuit obert de la cel·la completa a diferents temperatures, així com mesures de mitja cel·la de les cel·les corresponents a 25 C.

«A més, vam investigar la influència de la temperatura i el SOC tant en la resistència al corrent continu (R DC) com en l'espectroscòpia d'impedància electroquímica galvanostàtica (GEIS)», va especificar. «Per examinar la capacitat útil, l'energia útil i l'eficiència energètica en condicions dinàmiques, vam realitzar proves de capacitat de velocitat aplicant diferents taxes de càrrega a diferents temperatures».

Els investigadors van mesurar una bateria d'ions de liti, una bateria d'ions de sodi amb un càtode de níquel-manganès-ferro i una bateria d'ions de liti amb un càtode LFP. Totes tres van mostrar histèresi de voltatge, és a dir, que el seu voltatge en circuit obert diferia entre la càrrega i la descàrrega.

«Curiosament, per als SIB, la histèresi es produeix principalment a SOC baixos, cosa que, segons les mesures de mitja cel·la, probablement es deu a l'ànode de carboni dur», van emfatitzar els acadèmics. «L'R CC i la impedància del LIB mostren molt poca dependència del SOC. En canvi, per als SIB, l'R CC i la impedància augmenten significativament a SOC per sota del 30%, mentre que els SOC més alts tenen l'efecte contrari i condueixen a valors d'R CC i impedància més baixos».

A més, van comprovar que la dependència de la temperatura de R_DC i la impedància és més alta per als SIB que per als LIB. "Les proves LIB no mostren una influència significativa del SOC en l'eficiència d'anada i tornada. En canvi, canviar els SIB del 50% al 100% de SOC pot reduir les pèrdues d'eficiència en més de la meitat en comparació amb canviar del 0% al 50%", van explicar, i van assenyalar que l'eficiència dels SIB creix dràsticament quan es canvien les cel·les en un rang de SOC més alt en comparació amb un rang de SOC més baix.