חוקרים מ-האוניברסיטה הטכנית של מינכן(TUM) ואוניברסיטת RWTH אאכןבגרמניה השוו את הביצועים החשמליים של סוללות נתרן-יון עתירות אנרגיה (SIBs) לאלו של סוללת ליתיום-יון עתירת אנרגיה (LIBs) חדישה עם קתודה של ליתיום-ברזל-פוספט (LFP).

הצוות מצא כי למצב הטעינה ולטמפרטורה יש השפעה גבוהה יותר על התנגדות הפולס והעכבה של שבבי ה-SIB בהשוואה לשבבי ה-LIB, דבר שעשוי להשפיע על בחירות התכנון ומרמז כי SIBs עשויים לדרוש מערכות ניהול טמפרטורה ומטען מתוחכמות יותר כדי לייעל את הביצועים, במיוחד ברמות טעינה נמוכות יותר.

• כדי להסביר עוד יותר את התנגדות הפולסים: המונח מתייחס לכמה יורד מתח הסוללה כאשר מפעילים דרישת חשמל פתאומית. לכן, המחקר מצביע על כך שסוללות נתרן-יון מושפעות יותר מרמת הטעינה והטמפרטורה מאשר סוללות ליתיום-יון.

מֶחקָר:

"סוללות נתרן-יון [SIB] נתפסות בדרך כלל כתחליף חד פעמי לסוללות ליתיום-יון (LIBs), קבעו המדענים. "עם זאת, ההבדלים בהתנהגות האלקטרוכימית של נתרן וליתיום דורשים התאמות הן באנודה והן בקתודה. בעוד שבסוללות ליתיום-יון [LIBs] בדרך כלל משתמשים בגרפיט כחומר לאנודה, עבור סוללות ליתיום-יון [LIBs] פחמן קשה נחשב כיום לחומר המבטיח ביותר עבור SIBs."

הם גם הסבירו כי עבודתם נועדה למלא פער במחקר, שכן עדיין קיים חוסר ידע לגבי ההתנהגות החשמלית של SIBs מבחינת טמפרטורות משתנות ומצב מטענים (SOCs).

צוות המחקר ערך, בפרט, מדידות ביצועים חשמליים בטמפרטורות הנעות בין 10 מעלות צלזיוס ל-45 מעלות צלזיוס ומדידות מתח במעגל פתוח של התא המלא בטמפרטורות שונות, כמו גם מדידות של חצאי תאים של התאים המתאימים ב-25 מעלות צלזיוס.

"יתר על כן, חקרנו את השפעת הטמפרטורה וה-SOC הן על התנגדות זרם ישר (R DC) והן על ספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימית גלוונוסטטית (GEIS)", צוין. "כדי לבחון את הקיבולת השימושית, האנרגיה השימושית ויעילות האנרגיה בתנאים דינמיים, ביצענו בדיקות יכולת קצב על ידי יישום קצבי עומס שונים בטמפרטורות שונות."

החוקרים מדדו סוללת ליתיום-יון, סוללת נתרן-יון עם קתודה של ניקל-מנגן-ברזל, וסוללת ליתיום-יון עם קתודה של LFP. שלושתן הראו היסטרזיס מתח, כלומר מתח המעגל הפתוח שלהן היה שונה בין טעינה לפריקה.

"מעניין לציין, שעבור SIBs, ההיסטרזיס מתרחשת בעיקר בערכי SOC נמוכים, שלפי מדידות של חצי תא, כנראה נובע מהאנודה הפחמנית הקשה", הדגישו האקדמאים. "ה-R DC והעכבה של LIB מראות תלות מועטה מאוד ב-SOC. לעומת זאת, עבור SIBs, ה-R DC והעכבה גדלים משמעותית ב-SOCs מתחת ל-30%, בעוד של-SOCs גבוהים יותר יש השפעה הפוכה ומובילים לערכי R DC ועכבה נמוכים יותר."

יתר על כן, הם קבעו כי תלות הטמפרטורה של R_DC ועכבה גבוהה יותר עבור SIBs בהשוואה ל-LIBs. "מבחני ה-LIB אינם מראים השפעה משמעותית של ה-SOC על יעילות הנסיעה הלוך ושוב. לעומת זאת, מחזוריות של ה-SIBs מ-50% ל-100% SOC יכולה להפחית את הפסדי היעילות ביותר ממחצית בהשוואה למחזוריות מ-0% ל-50%", הם הסבירו עוד, וציינו כי יעילות ה-SIBs גדלה באופן דרסטי כאשר מחזורי התאים בטווח SOC גבוה יותר בהשוואה לטווח SOC נמוך יותר.