A kutatók aMüncheni Műszaki Egyetem(TUM) ésRWTH Aacheni EgyetemNémetországban összehasonlították a nagy energiájú nátrium-ion akkumulátorok (SIB-ek) elektromos teljesítményét egy korszerű, lítium-vas-foszfát (LFP) katóddal ellátott nagy energiájú lítium-ion akkumulátor (LIB) teljesítményével.

A csapat megállapította, hogy a töltési állapot és a hőmérséklet nagyobb hatással van a SIB-ek impulzusellenállására és impedanciájára, mint a LIB-eké, ami befolyásolhatja a tervezési döntéseket, és arra utal, hogy a SIB-ek kifinomultabb hőmérséklet- és töltéskezelő rendszerekre szorulhatnak a teljesítmény optimalizálása érdekében, különösen alacsonyabb töltési szinteken.

• Az impulzus-ellenállás további magyarázata: a kifejezés arra utal, hogy mennyire csökken az akkumulátor feszültsége hirtelen energiaigény jelentkezésekor. Ezért a kutatás azt mutatja, hogy a nátrium-ion akkumulátorokat jobban befolyásolja a töltöttségi szint és a hőmérséklet, mint a lítium-ion akkumulátorokat.

Kutatás:

„A nátrium-ion akkumulátorokat [SIB-eket] általában a LIB-ek azonnal használható helyettesítőjének tekintik” – állították a tudósok. „Mindazonáltal a nátrium és a lítium elektrokémiai viselkedésének különbségei mind az anód, mind a katód esetében módosításokat igényelnek. Míg a lítium-ion akkumulátorok [LIB-ek] esetében általában grafitot használnak anódanyagként, a SIB-ek esetében jelenleg a kemény szenet tartják a legígéretesebb SIB-anyagnak.”

Azt is elmagyarázták, hogy munkájuk célja egy hiányosság pótlása volt a kutatásban, mivel még mindig hiányosak az ismeretek a SIB-ek elektromos viselkedéséről a változó hőmérsékletek és töltési állapotok (SOC) tekintetében.

A kutatócsoport többek között elektromos teljesítményméréseket végzett 10°C és 45°C közötti hőmérsékleten, valamint nyitott áramkörű feszültségméréseket a teljes cellán különböző hőmérsékleteken, és félcellás méréseket a megfelelő cellákon 25°C-on.

„Továbbá megvizsgáltuk a hőmérséklet és a feszültségingadozási tényező (SOC) hatását mind az egyenáramú ellenállásra (R DC), mind a galvanosztatikus elektrokémiai impedancia spektroszkópiára (GEIS)” – részletezték. „A használható kapacitás, a használható energia és az energiahatékonyság dinamikus körülmények között történő vizsgálatához sebességképességi teszteket végeztünk különböző terhelési sebességek és hőmérsékletek alkalmazásával.”

A kutatók egy lítium-ion akkumulátort, egy nikkel-mangán-vas katódos nátrium-ion akkumulátort és egy LFP katódos lítium-ion akkumulátort mértek. Mindhárom esetben feszültség hiszterézist mutattak, ami azt jelenti, hogy a nyitott áramkörű feszültségük töltés és kisütés között eltért.

„Érdekes módon a SIB-ek esetében a hiszterézis elsősorban alacsony SOC-értékeknél jelentkezik, ami a félcellás mérések szerint valószínűleg a kemény szén anódnak köszönhető” – hangsúlyozták a tudósok. „A LIB R DC és impedanciája nagyon csekély mértékben függ a SOC-tól. Ezzel szemben a SIB-ek esetében az R DC és az impedancia jelentősen megnő 30% alatti SOC-értékeknél, míg a magasabb SOC-értékek ellentétes hatást váltanak ki, és alacsonyabb R DC és impedancia értékekhez vezetnek.”

Továbbá megállapították, hogy az R_DC és az impedancia hőmérsékletfüggése nagyobb a SIB-ek, mint a LIB-ek esetében. „A LIB-tesztek nem mutatják ki a SOC jelentős hatását a körforgási hatékonyságra. Ezzel szemben a SIB-ek 50%-ról 100%-os SOC-tartományra való ciklikus beállítása több mint felére csökkentheti a hatékonysági veszteséget a 0%-ról 50%-ra történő ciklikus beállításhoz képest” – magyarázták tovább, megjegyezve, hogy a SIB-ek hatékonysága drasztikusan megnő, ha a cellákat magasabb SOC-tartományban ciklikusan üzemeltetik az alacsonyabb SOC-tartományhoz képest.