Investigadores de laUniversidad Técnica de Múnich(TUM) yUniversidad RWTH de AquisgránEn Alemania se ha comparado el rendimiento eléctrico de las baterías de iones de sodio (SIB) de alta energía con el de una batería de iones de litio (LIB) de alta energía de última generación con un cátodo de fosfato de hierro y litio (LFP).

El equipo descubrió que el estado de carga y la temperatura tienen una mayor influencia en la resistencia del pulso y la impedancia de los SIB que de los LIB, lo que puede influir en las opciones de diseño y sugiere que los SIB pueden requerir sistemas de gestión de carga y temperatura más sofisticados para optimizar el rendimiento, especialmente en niveles de carga más bajos.

• Para explicar mejor la resistencia al pulso, el término se refiere a la caída de voltaje de una batería ante una demanda repentina de energía. Por lo tanto, las investigaciones indican que las baterías de iones de sodio se ven más afectadas por el nivel de carga y la temperatura que las de iones de litio.

Investigación:

“Las baterías de iones de sodio [SIB] generalmente se consideran un sustituto directo de las baterías de iones de litio (LIB)”, afirmaron los científicos. “Sin embargo, las diferencias en el comportamiento electroquímico del sodio y el litio requieren adaptaciones tanto en el ánodo como en el cátodo. Mientras que para las baterías de iones de litio [LIB] se suele utilizar grafito como material para el ánodo, para las SIB, el carbono duro se considera actualmente el material más prometedor”.

También explicaron que su trabajo pretendía llenar un vacío en la investigación, ya que todavía hay una falta de conocimiento sobre el comportamiento eléctrico de los SIB en términos de variaciones de temperaturas y estados de carga (SOC).

El equipo de investigación realizó, en particular, mediciones del rendimiento eléctrico a temperaturas de entre 10 grados C y 45 grados C y mediciones de voltaje de circuito abierto de la celda completa a diferentes temperaturas, así como mediciones de media celda de las celdas correspondientes a 25 C.

Además, investigamos la influencia de la temperatura y el SOC en la resistencia a la corriente continua (RDC) y la espectroscopia de impedancia electroquímica galvanostática (GEIS) —especificó—. Para examinar la capacidad útil, la energía útil y la eficiencia energética en condiciones dinámicas, realizamos pruebas de capacidad de carga aplicando diferentes tasas de carga a distintas temperaturas.

Los investigadores midieron una batería de iones de litio, una batería de iones de sodio con cátodo de níquel-manganeso-hierro y una batería de iones de litio con cátodo LFP. Las tres mostraron histéresis de voltaje, lo que significa que su voltaje de circuito abierto difería entre la carga y la descarga.

Curiosamente, en el caso de las SIB, la histéresis se produce principalmente a niveles de carga de trabajo bajos, lo que, según las mediciones de semicelda, probablemente se deba al ánodo de carbono duro —enfatizaron los académicos—. La RDC y la impedancia de la BIL muestran una dependencia mínima del SOC. Por el contrario, en el caso de las SIB, la RDC y la impedancia aumentan significativamente a niveles de carga de trabajo inferiores al 30 %, mientras que niveles de carga de trabajo más altos tienen el efecto contrario y resultan en valores más bajos de RDC e impedancia.

Además, determinaron que la dependencia de la temperatura de R_DC y la impedancia es mayor para las celdas SIB que para las celdas de batería (LIB). "Las pruebas de LIB no muestran una influencia significativa del SOC en la eficiencia de ida y vuelta. Por el contrario, ciclar las celdas SIB del 50 % al 100 % de SOC puede reducir las pérdidas de eficiencia a más de la mitad en comparación con ciclarlas del 0 % al 50 %", explicaron, señalando que la eficiencia de las celdas SIB aumenta drásticamente al ciclar las celdas en un rango de SOC más alto en comparación con un rango de SOC más bajo.