TutkijatMünchenin teknillinen yliopisto(TUM) jaRWTH Aachenin yliopistoSaksassa on verrattu korkeaenergisten natriumioniakkujen (SIB) sähköistä suorituskykyä huippuluokan korkeaenergiseen litiumioniakkuun (LIB), jossa on litium-rautafosfaatti (LFP) -katodi.

Tiimi havaitsi, että varaustila ja lämpötila vaikuttavat SIB-piirien pulssiresistanssiin ja impedanssiin enemmän kuin LIB-piirien, mikä voi vaikuttaa suunnitteluvalintoihin ja viittaa siihen, että SIB-piirit saattavat vaatia kehittyneempiä lämpötila- ja varauksenhallintajärjestelmiä suorituskyvyn optimoimiseksi, erityisesti alhaisemmilla varaustasoilla.

• Pulssiresistanssin selittämiseksi tarkemmin: termi viittaa siihen, kuinka paljon akun jännite laskee äkillisen tehontarpeen yhteydessä. Siksi tutkimus osoittaa, että natriumioniakkuihin lataustaso ja lämpötila vaikuttavat enemmän kuin litiumioniakkuihin.

Tutkimus:

”Natriumioniakkuja [SIB] pidetään yleensä LIB-akkujen korvaajina”, tutkijat totesivat. ”Natriumin ja litiumin sähkökemiallisen käyttäytymisen erot vaativat kuitenkin muutoksia sekä anodilla että katodilla. Vaikka litiumioniakuissa [LIB] käytetään yleensä grafiittia anodimateriaalina, SIB-akuissa kovaa hiiltä pidetään tällä hetkellä lupaavimpana materiaalina.”

He selittivät myös, että heidän työnsä tarkoituksena oli täyttää tutkimuksessa oleva aukko, koska SIB-yhdisteiden sähköisestä käyttäytymisestä vaihtelevien lämpötilojen ja varaustilojen (SOC) suhteen on vielä vähän tietoa.

Tutkimusryhmä suoritti erityisesti sähköisten suorituskykymittausten tekemisen 10–45 celsiusasteen lämpötiloissa sekä koko kennon avoimen piirin jännitteen mittauksia eri lämpötiloissa ja vastaavien kennojen puolikennon mittauksia 25 celsiusasteessa.

”Lisäksi tutkimme lämpötilan ja sähkömagneettisen kapasiteetin (SOC) vaikutusta sekä tasavirtaresistanssiin (R DC) että galvanostaattiseen sähkökemialliseen impedanssispektroskopiaan (GEIS)”, siinä täsmennettiin. ”Käyttökelpoisen kapasiteetin, käyttökelpoisen energian ja energiatehokkuuden tutkimiseksi dynaamisissa olosuhteissa suoritimme nopeuskykytestejä käyttämällä erilaisia ​​kuormitusnopeuksia eri lämpötiloissa.”

Tutkijat mittasivat litiumioniakkua, nikkeli-mangaani-rauta-katodilla varustettua natriumioniakkua ja LFP-katodilla varustettua litiumioniakkua. Kaikissa kolmessa havaittiin jännitehystereesi eli niiden avoimen piirin jännite erosi latauksen ja purkauksen välillä.

”Mielenkiintoista kyllä, SIB-kondensaattoreilla hystereesi esiintyy pääasiassa alhaisilla SOC-arvoilla, mikä puolikennomittausten mukaan todennäköisesti johtuu kovasta hiilianodista”, tutkijat korostivat. ”LIB-kondensaattorin R DC ja impedanssi osoittavat hyvin vähän riippuvuutta SOC-arvosta. Sitä vastoin SIB-kondensaattorien R DC ja impedanssi kasvavat merkittävästi alle 30 %:n SOC-arvoilla, kun taas korkeammilla SOC-arvoilla on päinvastainen vaikutus ja ne johtavat alhaisempiin R DC- ja impedanssiarvoihin.”

Lisäksi he totesivat, että R_DC:n ja impedanssin lämpötilariippuvuus on suurempi SIB-kennoissa kuin LIB-kennoissa. ”LIB-testit eivät osoita SOC:n merkittävää vaikutusta edestakaiseen hyötysuhteeseen. Sitä vastoin SIB-kennon syklinen latautuminen 50 prosentista 100 prosenttiin SOC-tasolla voi vähentää hyötysuhdehäviöitä yli puolella verrattuna sykliseen lataumiseen 0 prosentista 50 prosenttiin”, he selittivät edelleen ja totesivat, että SIB-kennojen hyötysuhde kasvaa dramaattisesti, kun kennoja syklissä käytetään korkeampaa SOC-aluetta alempaan SOC-alueeseen verrattuna.