Ymchwilwyr o'rPrifysgol Dechnegol Munich(TUM) aPrifysgol RWTH Aachenyn yr Almaen wedi cymharu perfformiad trydanol batris sodiwm-ion ynni uchel (SIBs) â pherfformiad trydanol batri lithiwm-ion ynni uchel (LIBs) o'r radd flaenaf gyda chatod lithiwm-haearn-ffosffad (LFP).

Canfu'r tîm fod gan gyflwr y gwefr a'r tymheredd ddylanwad mwy ar wrthwynebiad y pwls ac impedans y SIBs na'r LIBs, a all ddylanwadu ar ddewisiadau dylunio ac mae'n awgrymu y gallai fod angen systemau rheoli tymheredd a gwefr mwy soffistigedig ar SIBs i wneud y gorau o berfformiad, yn enwedig ar lefelau gwefr is.

• I esbonio ymwrthedd pwls ymhellach: mae'r term yn cyfeirio at faint mae foltedd batri yn gostwng pan gymhwysir galw pŵer sydyn. Felly, mae'r ymchwil yn dangos bod batris sodiwm-ion yn cael eu heffeithio'n fwy gan lefel gwefr a thymheredd na batris lithiwm-ion.

Ymchwil:

“Mae batris sodiwm-ion [SIBs] yn gyffredinol yn cael eu hystyried yn ddewis arall yn lle batris lithiwm-ion,” meddai’r gwyddonwyr. “Serch hynny, mae’r gwahaniaethau yn ymddygiad electrocemegol sodiwm a lithiwm yn gofyn am addasiadau ar yr anod a’r catod. Er bod graffit fel arfer yn cael ei ddefnyddio fel deunydd anod ar gyfer batris lithiwm-ion [LIBs], ar gyfer SIBs, carbon caled yw’r deunydd mwyaf addawol ar gyfer SIBs ar hyn o bryd.”

Fe wnaethant hefyd egluro bod eu gwaith wedi'i fwriadu i lenwi bwlch yn yr ymchwil, gan fod diffyg gwybodaeth o hyd am ymddygiad trydanol SIBs o ran tymereddau a chyflwr gwefrau (SOCs) amrywiol.

Cynhaliodd y tîm ymchwil, yn benodol, fesuriadau perfformiad trydanol ar dymheredd yn amrywio o 10 gradd C i 45 gradd C a mesuriadau foltedd cylched agored y gell lawn ar dymheredd gwahanol yn ogystal â mesuriadau hanner celloedd y celloedd cyfatebol ar 25 C.

“Ymhellach, fe wnaethom ymchwilio i ddylanwad tymheredd a SOC ar wrthwynebiad cerrynt uniongyrchol (R DC) a sbectrosgopeg impedans electrogemegol galvanostatig (GEIS),” nododd. “Er mwyn archwilio’r capasiti defnyddiadwy, yr ynni defnyddiadwy, ac effeithlonrwydd ynni o dan amodau deinamig, fe wnaethom gynnal profion gallu cyfradd trwy gymhwyso gwahanol gyfraddau llwyth ar wahanol dymheredd.”

Mesurodd yr ymchwilwyr fatri lithiwm-ion, batri sodiwm-ion gyda chatod nicel-manganîs-haearn, a batri lithiwm-ion gyda chatod LFP. Dangosodd y tri hysteresis foltedd, sy'n golygu bod eu foltedd cylched agored yn wahanol rhwng gwefru a rhyddhau.

“Yn ddiddorol, ar gyfer SIBs, mae'r hysteresis yn digwydd yn bennaf mewn SOCs isel, sydd, yn ôl mesuriadau hanner celloedd, yn debygol o fod oherwydd yr anod carbon caled,” pwysleisiodd yr academyddion. “Mae R DC ac impedans y LIB yn dangos ychydig iawn o ddibyniaeth ar y SOC. Mewn cyferbyniad, ar gyfer SIBs, mae'r R DC a'r impedans yn cynyddu'n sylweddol mewn SOCs islaw 30%, tra bod gan SOCs uwch yr effaith groes ac yn arwain at werthoedd R DC ac impedans is.”

Ar ben hynny, fe wnaethant gadarnhau bod dibyniaeth tymheredd R_DC ac impedans yn uwch ar gyfer SIBs nag ar gyfer LIBs. “Nid yw'r profion LIB yn dangos dylanwad sylweddol y SOC ar effeithlonrwydd y daith gron. I'r gwrthwyneb, gall beicio'r SIBs o 50% i 100% SOC leihau colledion effeithlonrwydd mwy na hanner o'i gymharu â beicio o 0% i 50%,” eglurasant ymhellach, gan nodi bod effeithlonrwydd SIBs yn tyfu'n sylweddol wrth gylchredeg y celloedd mewn ystod SOC uwch o'i gymharu ag ystod SOC is.