Ερευνητές από τοΤεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου(TUM) καιΠανεπιστήμιο RWTH ΆαχενΣτη Γερμανία, έχουν συγκρίνει την ηλεκτρική απόδοση των μπαταριών ιόντων νατρίου υψηλής ενέργειας (SIB) με αυτήν μιας υπερσύγχρονης μπαταρίας ιόντων λιθίου υψηλής ενέργειας (LIB) με κάθοδο φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LFP).

Η ομάδα διαπίστωσε ότι η κατάσταση φόρτισης και η θερμοκρασία έχουν μεγαλύτερη επίδραση στην παλμική αντίσταση και την σύνθετη αντίσταση των SIB από ό,τι των LIB, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τις επιλογές σχεδιασμού και υποδηλώνει ότι τα SIB ενδέχεται να απαιτούν πιο εξελιγμένα συστήματα διαχείρισης θερμοκρασίας και φόρτισης για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης, ειδικά σε χαμηλότερα επίπεδα φόρτισης.

• Για να εξηγήσουμε περαιτέρω την αντίσταση παλμών: ο όρος αναφέρεται στο πόσο μειώνεται η τάση μιας μπαταρίας όταν εφαρμόζεται μια ξαφνική ζήτηση ισχύος. Επομένως, η έρευνα δείχνει ότι οι μπαταρίες ιόντων νατρίου επηρεάζονται περισσότερο από το επίπεδο φόρτισης και τη θερμοκρασία από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Ερευνα:

«Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου [SIB] θεωρούνται γενικά ως η άμεση αντικατάσταση των LIB», δήλωσαν οι επιστήμονες. «Παρ' όλα αυτά, οι διαφορές στην ηλεκτροχημική συμπεριφορά του νατρίου και του λιθίου απαιτούν προσαρμογές τόσο στην άνοδο όσο και στην κάθοδο. Ενώ για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου [LIB] συνήθως χρησιμοποιείται γραφίτης ως υλικό ανόδου, για τις SIB ο σκληρός άνθρακας θεωρείται επί του παρόντος ως το πιο πολλά υποσχόμενο υλικό για SIB».

Εξήγησαν επίσης ότι η εργασία τους είχε ως στόχο να καλύψει ένα κενό στην έρευνα, καθώς εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη γνώσης σχετικά με την ηλεκτρική συμπεριφορά των SIB όσον αφορά τις μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες και την κατάσταση φόρτισης (SOC).

Η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε, ειδικότερα, μετρήσεις ηλεκτρικής απόδοσης σε θερμοκρασίες που κυμαίνονταν από 10 βαθμούς C έως 45 βαθμούς C και μετρήσεις τάσης ανοιχτού κυκλώματος του πλήρους κελιού σε διαφορετικές θερμοκρασίες, καθώς και μετρήσεις μισών κελιών των αντίστοιχων κελιών στους 25 C.

«Επιπλέον, διερευνήσαμε την επίδραση της θερμοκρασίας και της SOC τόσο στην αντίσταση συνεχούς ρεύματος (R DC) όσο και στη φασματοσκοπία γαλβανοστατικής ηλεκτροχημικής σύνθετης αντίστασης (GEIS)», διευκρίνισε. «Για να εξετάσουμε την αξιοποιήσιμη χωρητικότητα, την αξιοποιήσιμη ενέργεια και την ενεργειακή απόδοση υπό δυναμικές συνθήκες, πραγματοποιήσαμε δοκιμές ικανότητας ρυθμού εφαρμογής διαφορετικών ρυθμών φορτίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες».

Οι ερευνητές μέτρησαν μια μπαταρία ιόντων λιθίου, μια μπαταρία ιόντων νατρίου με κάθοδο νικελίου-μαγγανίου-σιδήρου και μια μπαταρία ιόντων λιθίου με κάθοδο LFP. Και οι τρεις εμφάνισαν υστέρηση τάσης, που σημαίνει ότι η τάση ανοιχτού κυκλώματος διέφερε μεταξύ φόρτισης και εκφόρτισης.

«Είναι ενδιαφέρον ότι, για τα SIB, η υστέρηση εμφανίζεται κυρίως σε χαμηλές τιμές SOC, κάτι που, σύμφωνα με μετρήσεις ημι-στοιχείων, πιθανότατα οφείλεται στην άνοδο από σκληρό άνθρακα», τόνισαν οι ακαδημαϊκοί. «Η R DC και η σύνθετη αντίσταση του LIB δείχνουν πολύ μικρή εξάρτηση από την SOC. Αντίθετα, για τα SIB, η R DC και η σύνθετη αντίσταση αυξάνονται σημαντικά σε SOC κάτω από 30%, ενώ οι υψηλότερες SOC έχουν το αντίθετο αποτέλεσμα και οδηγούν σε χαμηλότερες τιμές R DC και σύνθετης αντίστασης».

Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι η εξάρτηση του R_DC και της σύνθετης αντίστασης από τη θερμοκρασία είναι υψηλότερη για τα SIB από ό,τι για τα LIB. «Οι δοκιμές LIB δεν δείχνουν σημαντική επίδραση του SOC στην απόδοση μετ' επιστροφής. Αντίθετα, η εναλλαγή των SIB από 50% σε 100% SOC μπορεί να μειώσει τις απώλειες απόδοσης κατά περισσότερο από το μισό σε σύγκριση με την εναλλαγή από 0% σε 50%», εξήγησαν περαιτέρω, σημειώνοντας ότι η απόδοση των SIB αυξάνεται δραστικά όταν τα κελιά εναλλάσσονται σε υψηλότερο εύρος SOC σε σύγκριση με χαμηλότερο εύρος SOC.