Rannsakendur fráTækniháskólinn í München(TUM) ogRWTH Aachen-háskólinnÍ Þýskalandi hafa rannsóknir borið saman rafmagn háorku natríumjónarafhlöður (SIB) við háþróaðar litíumjónarafhlöður (LIB) með litíum-járn-fosfat (LFP) bakskaut.

Teymið komst að því að hleðslustaða og hitastig hafa meiri áhrif á púlsviðnám og impedans SIB en LIB, sem gæti haft áhrif á hönnunarval og bendir til þess að SIB gætu þurft flóknari hitastigs- og hleðslustjórnunarkerfi til að hámarka afköst, sérstaklega við lægri hleðslustig.

• Til að útskýra púlsviðnám nánar: hugtakið vísar til þess hversu mikið spenna rafhlöðu lækkar þegar skyndileg orkuþörf er sett á. Þess vegna benda rannsóknirnar til þess að natríumjónarafhlöður verði fyrir meiri áhrifum af hleðslustigi og hitastigi en litíumjónarafhlöður.

Rannsóknir:

„Natríumjónarafhlöður [SIB] eru almennt taldar vera staðgengill fyrir LIB,“ sögðu vísindamennirnir. „Engu að síður krefst munurinn á rafefnafræðilegri hegðun natríums og litíums aðlögunar bæði á anóðu og bakskauti. Þó að grafít sé venjulega notað sem anóðuefni fyrir litíumjónarafhlöður [LIB], er hart kolefni talið vera efnilegasta efnið fyrir SIB.“

Þeir útskýrðu einnig að markmiði þeirra væri að fylla skarð í rannsókninni, þar sem enn vantar þekkingu á rafmagnshegðun SIBs hvað varðar mismunandi hitastig og hleðsluástand (SOCs).

Rannsóknarteymið framkvæmdi einkum mælingar á rafmagnsafköstum við hitastig á bilinu 10°C til 45°C og spennumælingar í opnu rásarrási á heilli rafhlöðunni við mismunandi hitastig, sem og mælingar á hálfum rafhlöðum í samsvarandi rafhlöðum við 25°C.

„Ennfremur rannsökuðum við áhrif hitastigs og SOC á bæði jafnstraumsviðnám (R DC) og galvanóstatíska rafefnafræðilega impedansrófsgreiningu (GEIS),“ tilgreindi hún. „Til að kanna nýtanlega afkastagetu, nýtanlega orku og orkunýtni við breytilegar aðstæður, framkvæmdum við hraðaprófanir með því að beita mismunandi álagshraða við mismunandi hitastig.“

Rannsakendurnir mældu litíumjónarafhlöðu, natríumjónarafhlöðu með nikkel-mangan-járn katóðu og litíumjónarafhlöðu með LFP katóðu. Allar þrjár sýndu spennuhýsteresu, sem þýðir að spenna þeirra í opnu rás var mismunandi milli hleðslu og afhleðslu.

„Athyglisvert er að fyrir SIBs á sér hýsteresis fyrst og fremst stað við lága SOC-gildi, sem samkvæmt hálffrumumælingum er líklega vegna harðs kolefnisanoðu,“ lögðu fræðimennirnir áherslu á. „R DC og impedans LIB sýna mjög litla háð SOC. Hins vegar, fyrir SIBs, aukast R DC og impedans verulega við SOC undir 30%, en hærri SOC hafa öfug áhrif og leiða til lægri R DC og impedansgilda.“

Þar að auki komust þeir að því að hitastigsháð R_DC og impedans er meiri fyrir SIB en LIB. „LIB prófanirnar sýna ekki marktæk áhrif SOC á skilvirkni fram og til baka. Þvert á móti getur það að skipta SIB úr 50% í 100% SOC dregið úr skilvirknitapi um meira en helming samanborið við að skipta úr 0% í 50%,“ útskýrðu þeir enn fremur og tóku fram að skilvirkni SIB eykst verulega þegar frumurnar eru skiptar úr hærra SOC bili samanborið við lægra SOC bil.