Istraživači izTehničko sveučilište u Münchenu(TUM) iSveučilište RWTH Aachenu Njemačkoj su usporedili električne performanse visokoenergetskih natrij-ionskih baterija (SIB) s performansama najsuvremenije visokoenergetske litij-ionske baterije (LIB) s litij-željezo-fosfatnom (LFP) katodom.

Tim je otkrio da stanje napunjenosti i temperatura imaju veći utjecaj na otpor impulsa i impedanciju SIB-ova nego LIB-ova, što može utjecati na izbor dizajna i sugerira da bi SIB-ovi mogli zahtijevati sofisticiranije sustave upravljanja temperaturom i napunjenošću kako bi se optimizirale performanse, posebno pri nižim razinama napunjenosti.

• Da bismo dodatno objasnili otpor impulsa: pojam se odnosi na to koliko napon baterije pada kada se primijeni nagli zahtjev za napajanjem. Stoga istraživanje pokazuje da su natrij-ionske baterije više pod utjecajem razine napunjenosti i temperature nego litij-ionske baterije.

Istraživanje:

„Natrij-ionske baterije [SIB] se općenito smatraju zamjenom za LIB-ove“, izjavili su znanstvenici. „Ipak, razlike u elektrokemijskom ponašanju natrija i litija zahtijevaju prilagodbe i na anodi i na katodi. Dok se za litij-ionske baterije [LIB] obično koristi grafit kao materijal anode, za SIB-ove se tvrdi ugljik trenutno smatra najperspektivnijim materijalom za SIB-ove.“

Također su objasnili da je njihov rad imao za cilj popuniti prazninu u istraživanju, budući da još uvijek nedostaje znanja o električnom ponašanju SIB-ova u smislu različitih temperatura i stanja naboja (SOC).

Istraživački tim proveo je, posebno, mjerenja električnih performansi na temperaturama u rasponu od 10°C do 45°C i mjerenja napona otvorenog kruga pune ćelije na različitim temperaturama, kao i mjerenja polućelija odgovarajućih ćelija na 25°C.

„Nadalje, istražili smo utjecaj temperature i stanja napunjenosti (SOC) na otpor istosmjerne struje (R DC) i galvanostatsku elektrokemijsku impedancijsku spektroskopiju (GEIS),“ navodi se. „Kako bismo ispitali iskoristivi kapacitet, iskoristivu energiju i energetsku učinkovitost u dinamičkim uvjetima, proveli smo testove brzine primjene različitih brzina opterećenja na različitim temperaturama.“

Istraživači su izmjerili litij-ionsku bateriju, natrij-ionsku bateriju s nikal-mangan-željeznom katodom i litij-ionsku bateriju s LFP katodom. Sve tri su pokazale histerezu napona, što znači da se njihov napon otvorenog kruga razlikovao između punjenja i pražnjenja.

„Zanimljivo je da se kod SIB-ova histereza prvenstveno javlja pri niskim vrijednostima stanja napunjenosti (SOC), što je, prema mjerenjima na polućelijama, vjerojatno zbog tvrde ugljične anode“, naglasili su akademici. „R DC i impedancija LIB-a pokazuju vrlo malu ovisnost o stanju napunjenosti. Nasuprot tome, kod SIB-ova, R DC i impedancija značajno se povećavaju pri vrijednostima stanja napunjenosti ispod 30%, dok viši SOC-ovi imaju suprotan učinak i dovode do nižih vrijednosti R DC i impedancije.“

Štoviše, utvrdili su da je temperaturna ovisnost R_DC-a i impedancije veća za SIB-ove nego za LIB-ove. „LIB testovi ne pokazuju značajan utjecaj stanja napunjenosti (SOC) na učinkovitost povratnog putovanja. Nasuprot tome, cikliranje SIB-ova od 50% do 100% SOC-a može smanjiti gubitke učinkovitosti za više od polovice u usporedbi s cikliranjem od 0% do 50%“, dodatno su objasnili, napominjući da učinkovitost SIB-ova drastično raste pri cikliranju ćelija u višem rasponu SOC-a u usporedbi s nižim rasponom SOC-a.