Forskere fraTekniske Universitet i München(TUM) ogRWTH Aachen UniversitetI Tyskland har man sammenlignet den elektriske ydeevne af højenerginatrium-ion-batterier (SIB'er) med et avanceret højenergilithium-ion-batteri (LIB'er) med en lithium-jern-fosfat (LFP)-katode.

Holdet fandt ud af, at ladetilstanden og temperaturen har en større indflydelse på SIB'ernes pulsmodstand og impedans end LIB'erne, hvilket kan påvirke designvalg og antyder, at SIB'er kan kræve mere sofistikerede temperatur- og ladningsstyringssystemer for at optimere ydeevnen, især ved lavere ladningsniveauer.

• For at forklare pulsmodstand yderligere: udtrykket refererer til, hvor meget en batterispænding falder, når der opstår et pludseligt strømforbrug. Derfor tyder forskningen på, at natrium-ion-batterier er mere påvirket af opladningsniveau og temperatur end lithium-ion-batterier.

Forskning:

"Natrium-ion-batterier [SIB'er] ses generelt som en drop-in-erstatning for LIB'er," udtalte forskerne. "Ikke desto mindre kræver forskellene i den elektrokemiske opførsel af natrium og lithium tilpasninger af både anoden og katoden. Mens grafit normalt bruges som anodemateriale til lithium-ion-batterier [LIB'er], ses hårdt kulstof i øjeblikket som det mest lovende materiale til SIB'er."

De forklarede også, at deres arbejde havde til formål at udfylde et hul i forskningen, da der stadig mangler viden om SIB'ers elektriske opførsel med hensyn til varierende temperaturer og ladningstilstande (SOC'er).

Forskerholdet udførte især målinger af den elektriske ydeevne ved temperaturer fra 10 grader C til 45 grader C og målinger af åben kredsløbsspændingen af ​​hele cellen ved forskellige temperaturer samt målinger af halvceller af de tilsvarende celler ved 25 °C.

"Desuden undersøgte vi indflydelsen af ​​temperatur og SOC på både jævnstrømsmodstand (R DC) og galvanostatisk elektrokemisk impedansspektroskopi (GEIS)," specificerede den. "For at undersøge den brugbare kapacitet, den brugbare energi og energieffektiviteten under dynamiske forhold udførte vi hastighedsevnetests ved at anvende forskellige belastningshastigheder ved forskellige temperaturer."

Forskerne målte et lithium-ion-batteri, et natrium-ion-batteri med en nikkel-mangan-jern-katode og et lithium-ion-batteri med en LFP-katode. Alle tre viste spændingshysterese, hvilket betyder, at deres åbenkredsspænding varierede mellem opladning og afladning.

"Interessant nok forekommer hysteresen for SIB'er primært ved lave SOC'er, hvilket ifølge halvcellemålinger sandsynligvis skyldes den hårde kulstofanode," understregede akademikerne. "RI DC og impedansen for LIB viser meget lille afhængighed af SOC'en. I modsætning hertil stiger R DC og impedansen for SIB'er signifikant ved SOC'er under 30%, mens højere SOC'er har den modsatte effekt og fører til lavere R DC og impedansværdier."

Desuden fastslog de, at temperaturafhængigheden af ​​R_DC og impedans er højere for SIB'er end LIB'er. "LIB-testene viser ikke en signifikant indflydelse fra SOC på effektiviteten tur-retur. I modsætning hertil kan en cykling af SIB'erne fra 50% til 100% SOC reducere effektivitetstabene med mere end halvdelen sammenlignet med en cykling fra 0% til 50%," forklarede de yderligere og bemærkede, at SIB'ers effektivitet vokser drastisk, når cellerne cykles i et højere SOC-område sammenlignet med et lavere SOC-område.