Výzkumníci zTechnická univerzita v Mnichově(TUM) aUniverzita RWTH AachenV Německu porovnali elektrický výkon vysokoenergetických sodíkovo-iontových baterií (SIB) s výkonem nejmodernějších vysokoenergetických lithium-iontových baterií (LIB) s lithium-železo-fosfátovou (LFP) katodou.

Tým zjistil, že stav nabití a teplota mají větší vliv na pulzní odpor a impedanci SIB než LIB, což může ovlivnit konstrukční rozhodnutí a naznačuje, že SIB mohou vyžadovat sofistikovanější systémy řízení teploty a nabíjení pro optimalizaci výkonu, zejména při nižších úrovních nabití.

• Pro další vysvětlení pulzního odporu: tento termín označuje, o kolik klesne napětí baterie při náhlém zvýšení výkonu. Výzkum proto naznačuje, že sodíkovo-iontové baterie jsou více ovlivněny úrovní nabití a teplotou než lithium-iontové baterie.

Výzkum:

„Sodíkovo-iontové baterie [SIB] jsou obecně považovány za rychlou náhradu za LIB,“ uvedli vědci. „Rozdíly v elektrochemickém chování sodíku a lithia však vyžadují úpravy jak na anodě, tak na katodě. Zatímco u lithium-iontových baterií [LIB] se jako anodový materiál obvykle používá grafit, pro SIB je v současnosti za nejslibnější materiál pro SIB považován tvrdý uhlík.“

Vysvětlili také, že jejich práce měla zaplnit mezeru ve výzkumu, jelikož stále chybí znalosti o elektrickém chování SIB z hlediska různých teplot a stavů nabití (SOC).

Výzkumný tým provedl zejména měření elektrického výkonu při teplotách od 10 °C do 45 °C a měření napětí naprázdno u celého článku při různých teplotách, jakož i měření polovičních článků odpovídajících článků při 25 °C.

„Dále jsme zkoumali vliv teploty a stavu nabití (SOC) jak na stejnosměrný odpor (R DC), tak na galvanostatickou elektrochemickou impedanční spektroskopii (GEIS),“ upřesňuje se ve zprávě. „Abychom prozkoumali využitelnou kapacitu, využitelnou energii a energetickou účinnost za dynamických podmínek, provedli jsme testy rychlosti s různými rychlostmi zatížení při různých teplotách.“

Vědci měřili lithium-iontovou baterii, sodíkovo-iontovou baterii s nikl-mangan-železnou katodou a lithium-iontovou baterii s LFP katodou. Všechny tři vykazovaly napěťovou hysterezi, což znamená, že se jejich napětí naprázdno lišilo mezi nabíjením a vybíjením.

„Je zajímavé, že u SIB se hystereze vyskytuje primárně při nízkých hodnotách stavu nabití (SOC), což je podle měření poločlánků pravděpodobně způsobeno tvrdou uhlíkovou anodou,“ zdůraznili akademici. „R DC a impedance LIB vykazují velmi malou závislost na SOC. Naproti tomu u SIB se R DC a impedance významně zvyšují při SOC pod 30 %, zatímco vyšší SOC mají opačný účinek a vedou k nižším hodnotám R DC a impedance.“

Dále zjistili, že teplotní závislost R_DC a impedance je u SIB vyšší než u LIB. „Testy LIB neprokazují významný vliv stavu nabití (SOC) na účinnost zpětného chodu. Naproti tomu cyklování SIB z 50 % na 100 % SOC může snížit ztráty účinnosti o více než polovinu ve srovnání s cyklováním z 0 % na 50 %,“ vysvětlili dále s tím, že účinnost SIB drasticky roste při cyklování článků ve vyšším rozsahu SOC ve srovnání s nižším rozsahem SOC.