محققان ازدانشگاه فنی مونیخ(TUM) ودانشگاه RWTH آخندر آلمان، عملکرد الکتریکی باتری‌های سدیم-یون پرانرژی (SIB) را با عملکرد الکتریکی یک باتری لیتیوم-یون پرانرژی (LIB) پیشرفته با کاتد لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) مقایسه کرده‌اند.

این تیم دریافت که وضعیت شارژ و دما تأثیر بیشتری بر مقاومت پالس و امپدانس باتری‌های SIB نسبت به باتری‌های LIB دارند، که ممکن است بر انتخاب‌های طراحی تأثیر بگذارد و نشان می‌دهد که باتری‌های SIB ممکن است برای بهینه‌سازی عملکرد، به ویژه در سطوح شارژ پایین‌تر، به سیستم‌های مدیریت دما و شارژ پیچیده‌تری نیاز داشته باشند.

• برای توضیح بیشتر مقاومت پالس: این اصطلاح به میزان افت ولتاژ باتری هنگام اعمال تقاضای ناگهانی برق اشاره دارد. بنابراین، تحقیقات نشان می‌دهد که باتری‌های سدیم-یون بیشتر از باتری‌های لیتیوم-یون تحت تأثیر سطح شارژ و دما قرار می‌گیرند.

تحقیق:

دانشمندان اظهار داشتند: «باتری‌های سدیم-یون [SIB] عموماً به عنوان جایگزینی برای باتری‌های لیتیوم-یونی در نظر گرفته می‌شوند. با این وجود، تفاوت در رفتار الکتروشیمیایی سدیم و لیتیوم نیاز به تطبیق هم در آند و هم در کاتد دارد. در حالی که برای باتری‌های لیتیوم-یونی [LIB] معمولاً از گرافیت به عنوان ماده آند استفاده می‌شود، در حال حاضر کربن سخت به عنوان امیدوارکننده‌ترین ماده برای باتری‌های لیتیوم-یونی در نظر گرفته می‌شود.»

آنها همچنین توضیح دادند که کارشان با هدف پر کردن شکاف موجود در تحقیقات انجام شده است، زیرا هنوز اطلاعات کمی در مورد رفتار الکتریکی SIBها از نظر دماهای مختلف و حالت شارژ (SOC) وجود دارد.

تیم تحقیقاتی، به طور خاص، اندازه‌گیری‌های عملکرد الکتریکی را در دماهای مختلف از 10 درجه سانتیگراد تا 45 درجه سانتیگراد و اندازه‌گیری‌های ولتاژ مدار باز سلول کامل در دماهای مختلف و همچنین اندازه‌گیری‌های نیم سلول سلول‌های مربوطه در دمای 25 درجه سانتیگراد انجام دادند.

«علاوه بر این، ما تأثیر دما و SOC را بر مقاومت جریان مستقیم (R DC) و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی گالوانواستاتیک (GEIS) بررسی کردیم.» در این گزارش آمده است: «برای بررسی ظرفیت قابل استفاده، انرژی قابل استفاده و راندمان انرژی در شرایط دینامیکی، آزمایش‌های قابلیت نرخ را با اعمال نرخ‌های بار مختلف در دماهای مختلف انجام دادیم.»

محققان یک باتری لیتیوم-یون، یک باتری سدیم-یون با کاتد نیکل-منگنز-آهن و یک باتری لیتیوم-یون با کاتد LFP را اندازه‌گیری کردند. هر سه مورد، هیسترزیس ولتاژ نشان دادند، به این معنی که ولتاژ مدار باز آنها بین شارژ و دشارژ متفاوت بود.

این محققان تأکید کردند: «جالب اینجاست که برای باتری‌های لیتیوم-یونی با ظرفیت بالا (SIB)، هیسترزیس در درجه اول در SOCهای پایین رخ می‌دهد، که طبق اندازه‌گیری‌های نیم‌سلول، احتمالاً به دلیل آند کربنی سخت است.» «مقدار R DC و امپدانس باتری لیتیوم-یونی وابستگی بسیار کمی به SOC نشان می‌دهند. در مقابل، برای باتری‌های لیتیوم-یونی با ظرفیت بالا (SIB)، مقدار R DC و امپدانس در SOCهای زیر 30 درصد به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، در حالی که SOCهای بالاتر اثر معکوس دارند و منجر به مقادیر R DC و امپدانس پایین‌تر می‌شوند.»

علاوه بر این، آنها مشخص کردند که وابستگی دمایی R_DC و امپدانس برای SIBها بیشتر از LIBها است. آنها در ادامه توضیح دادند: «آزمایش‌های LIB تأثیر قابل توجهی از SOC بر راندمان رفت و برگشت نشان نمی‌دهند. در مقابل، چرخه SIBها از 50٪ تا 100٪ SOC می‌تواند تلفات راندمان را در مقایسه با چرخه از 0٪ تا 50٪ بیش از نصف کاهش دهد.» و خاطرنشان کردند که راندمان SIBها هنگام چرخه سلول‌ها در محدوده SOC بالاتر در مقایسه با محدوده SOC پایین‌تر به طور چشمگیری افزایش می‌یابد.