Des chercheurs de laUniversité technique de Munich(TUM) etUniversité RWTH d'Aix-la-ChapelleEn Allemagne, des chercheurs ont comparé les performances électriques des batteries sodium-ion à haute énergie (SIB) à celles d'une batterie lithium-ion à haute énergie (LIB) de pointe avec une cathode lithium-fer-phosphate (LFP).

L'équipe a constaté que l'état de charge et la température ont une influence plus élevée sur la résistance aux impulsions et l'impédance des SIB que des LIB, ce qui peut influencer les choix de conception et suggère que les SIB peuvent nécessiter des systèmes de gestion de la température et de la charge plus sophistiqués pour optimiser les performances, en particulier à des niveaux de charge inférieurs.

• Pour expliquer plus en détail la résistance pulsée : ce terme désigne la chute de tension d'une batterie lorsqu'une demande soudaine de puissance est appliquée. Par conséquent, les recherches indiquent que les batteries sodium-ion sont plus affectées par le niveau de charge et la température que les batteries lithium-ion.

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« Les batteries sodium-ion [SIB] sont généralement considérées comme une alternative aux batteries lithium-ion », ont déclaré les scientifiques. « Néanmoins, les différences de comportement électrochimique du sodium et du lithium nécessitent des adaptations tant au niveau de l'anode que de la cathode. Alors que le graphite est généralement utilisé comme matériau d'anode pour les batteries lithium-ion [LIB], le carbone dur est actuellement considéré comme le matériau le plus prometteur. »

Ils ont également expliqué que leur travail visait à combler une lacune dans la recherche, car il existe encore un manque de connaissances sur le comportement électrique des SIB en termes de températures variables et d'état de charge (SOC).

L'équipe de recherche a notamment réalisé des mesures de performances électriques à des températures allant de 10 degrés C à 45 degrés C et des mesures de tension en circuit ouvert de la cellule entière à différentes températures ainsi que des mesures de demi-cellules des cellules correspondantes à 25 C.

« De plus, nous avons étudié l'influence de la température et de l'état de charge sur la résistance en courant continu (R DC) et la spectroscopie d'impédance électrochimique galvanostatique (GEIS) », précise le document. « Pour examiner la capacité utilisable, l'énergie utilisable et le rendement énergétique en conditions dynamiques, nous avons effectué des tests de capacité de charge en appliquant différents taux de charge à différentes températures. »

Les chercheurs ont mesuré une batterie lithium-ion, une batterie sodium-ion à cathode nickel-manganèse-fer et une batterie lithium-ion à cathode LFP. Toutes trois présentaient une hystérésis de tension, ce qui signifie que leur tension à vide différait entre la charge et la décharge.

« Il est intéressant de noter que pour les SIB, l'hystérésis se produit principalement à faible état de charge, ce qui, d'après les mesures sur demi-cellules, est probablement dû à l'anode en carbone dur », ont souligné les chercheurs. « La R DC et l'impédance de la LIB sont très peu dépendantes de l'état de charge. En revanche, pour les SIB, la R DC et l'impédance augmentent significativement à des états de charge inférieurs à 30 %, tandis que des états de charge plus élevés ont l'effet inverse et entraînent des valeurs de R DC et d'impédance plus faibles. »

De plus, ils ont constaté que la dépendance à la température de R_DC et de l'impédance est plus élevée pour les SIB que pour les LIB. « Les tests LIB ne montrent pas d'influence significative de l'état de charge sur le rendement aller-retour. En revanche, le passage des SIB de 50 % à 100 % d'état de charge peut réduire les pertes d'efficacité de plus de moitié par rapport au passage de 0 % à 50 % », ont-ils expliqué, soulignant que l'efficacité des SIB augmente considérablement lorsque les cellules sont cyclées dans une plage d'état de charge élevée par rapport à une plage d'état de charge inférieure.