TeadlasedMüncheni Tehnikaülikool(TUM) jaRWTH Aacheni ÜlikoolSaksamaal on võrreldud suure energiaga naatriumioonakude (SIB) elektrilist jõudlust tipptasemel suure energiaga liitiumioonaku (LIB) omaga, millel on liitium-raud-fosfaat (LFP) katood.

Meeskond leidis, et laetuse olek ja temperatuur mõjutavad SIB-ide impulsstakistust ja impedantsi rohkem kui LIB-id, mis võib mõjutada disainivalikuid ja viitab sellele, et SIB-id võivad jõudluse optimeerimiseks vajada keerukamaid temperatuuri ja laengu haldussüsteeme, eriti madalamate laetuse tasemete korral.

• Impulsstakistust selgitades: see termin viitab sellele, kui palju aku pinge langeb äkilise energiavajaduse korral. Seega näitavad uuringud, et naatriumioonakusid mõjutavad laetuse tase ja temperatuur rohkem kui liitiumioonakusid.

Uuringud:

„Naatriumioonakusid [SIB-e] peetakse üldiselt LIB-ide koheseks asendajaks,“ väitsid teadlased. „Sellegipoolest nõuavad naatriumi ja liitiumi elektrokeemilise käitumise erinevused kohandusi nii anoodil kui ka katoodil. Kui liitiumioonakude [LIB-ide] puhul kasutatakse anoodimaterjalina tavaliselt grafiiti, siis SIB-ide puhul peetakse praegu kõige lootustandvamaks materjaliks kõva süsinikku.“

Samuti selgitasid nad, et nende töö eesmärk oli täita uurimistöös lünk, kuna SIB-ide elektrilise käitumise kohta erinevate temperatuuride ja laengutasemete (SOC) osas on endiselt vähe teadmisi.

Uurimisrühm viis läbi eelkõige elektrilise jõudluse mõõtmisi temperatuurivahemikus 10 °C kuni 45 °C ja täiselemendi avatud vooluringi pinge mõõtmisi erinevatel temperatuuridel ning vastavate elementide pooltäiselemendi mõõtmisi temperatuuril 25 °C.

„Lisaks uurisime temperatuuri ja SOC mõju nii alalisvoolutakistusele (R DC) kui ka galvanostaatilisele elektrokeemilisele impedantsspektroskoopiale (GEIS),“ täpsustati seal. „Kasutatava mahutavuse, kasutatava energia ja energiatõhususe uurimiseks dünaamilistes tingimustes viisime läbi kiirusvõime katseid, rakendades erinevatel temperatuuridel erinevaid koormuskiirusi.“

Teadlased mõõtsid liitiumioonakut, nikkel-mangaan-raud katoodiga naatriumioonakut ja LFP katoodiga liitiumioonakut. Kõigil kolmel ilmnes pingehüsterees, mis tähendab, et nende avatud ahela pinge erines laadimise ja tühjendamise ajal.

„Huvitaval kombel esineb SIB-ide puhul hüsterees peamiselt madalate SOC-de juures, mis poolelementide mõõtmiste kohaselt on tõenäoliselt tingitud kõva süsinikanoodist,“ rõhutasid akadeemikud. „LIB-i R DC ja impedants näitavad SOC-st väga vähe sõltuvust. Seevastu SIB-ide puhul suurenevad R DC ja impedants märkimisväärselt SOC-de juures alla 30%, samas kui kõrgematel SOC-del on vastupidine efekt ja need viivad madalamate R DC ja impedantsi väärtusteni.“

Lisaks tegid nad kindlaks, et R_DC ja impedantsi temperatuurisõltuvus on SIB-ide puhul suurem kui LIB-ide puhul. „LIB-testid ei näita SOC olulist mõju edasi-tagasi efektiivsusele. Seevastu SIB-ide tsükliline käivitamine 50%-lt 100%-le SOC-st võib vähendada efektiivsuskadusid enam kui poole võrra võrreldes tsüklilise käivitamisega 0%-lt 50%-le,“ selgitasid nad lähemalt, märkides, et SIB-ide efektiivsus kasvab drastiliselt, kui rakke tsükliliselt käivitada kõrgemas SOC-vahemikus võrreldes madalama SOC-vahemikuga.