研究者たちは、ミュンヘン工科大学（TUM）とアーヘン工科大学ドイツの研究チームは、高エネルギーナトリウムイオン電池（SIB）の電気性能を、リン酸鉄リチウム（LFP）カソードを備えた最先端の高エネルギーリチウムイオン電池（LIB）の電気性能と比較しました。

研究チームは、充電状態と温度が LIB よりも SIB のパルス抵抗とインピーダンスに大きな影響を与えていることを発見しました。これは設計の選択に影響する可能性があり、特に低い充電レベルでの性能を最適化するには、SIB ではより高度な温度および充電管理システムが必要になる可能性があることを示唆しています。

• 耐パルス性についてさらに詳しく説明すると、この用語は、突然の電力需要が加えられた際にバッテリー電圧がどれだけ低下するかを指します。したがって、研究によると、ナトリウムイオンバッテリーはリチウムイオンバッテリーよりも充電レベルと温度の影響を受けやすいことが示されています。

研究：

「ナトリウムイオン電池（SIB）は一般的にLIBの代替品として考えられています」と科学者たちは述べています。「しかしながら、ナトリウムとリチウムの電気化学的挙動の違いにより、アノードとカソードの両方に適応が必要になります。リチウムイオン電池（LIB）では通常、アノード材料としてグラファイトが用いられますが、SIBでは現在、ハードカーボンが最も有望な材料と考えられています。」

また、研究チームは、SIB のさまざまな温度と充電状態 (SOC) に関する電気的挙動についての知識がまだ不足しているため、この研究は研究のギャップを埋めることを目的としていると説明した。

研究チームは特に、10℃から45℃の温度範囲での電気的性能測定、さまざまな温度でのフルセルの開回路電圧測定、および25℃での対応するセルのハーフセル測定を実施しました。

「さらに、温度とSOCが直流抵抗（R DC ）と定電流電気化学インピーダンス分光法（GEIS）の両方に与える影響を調査しました」と報告書は詳述しています。「動的条件下での使用可能容量、使用可能エネルギー、およびエネルギー効率を調べるため、異なる温度で異なる負荷率を適用して、レート性能試験を実施しました。」

研究者らは、リチウムイオン電池、ニッケル・マンガン・鉄正極を用いたナトリウムイオン電池、そしてLFP正極を用いたリチウムイオン電池を測定した。3つの電池全てにおいて、充電時と放電時の開回路電圧に差が生じる電圧ヒステリシスが見られた。

「興味深いことに、SIBの場合、ヒステリシスは主に低SOC時に発生します。これは、ハーフセル測定によると、ハードカーボンアノードによるものと考えられます」と研究者らは強調しています。「LIBのR DC とインピーダンスはSOCにほとんど依存しません。対照的に、SIBの場合、R DC とインピーダンスはSOCが30%を下回ると大幅に増加しますが、SOCが高くなると逆の効果が現れ、R DC とインピーダンスは低下します。」

さらに、SIBのR_DCとインピーダンスの温度依存性は、LIBよりも高いことが確認されました。「LIB試験では、SOCが往復効率に大きな影響を与えることは示されていません。対照的に、SIBを50%から100% SOCまでサイクルさせると、0%から50%までサイクルさせる場合と比較して、効率の低下を半分以上削減できます」と研究者らは説明し、SIBの効率は、低いSOC範囲と比較して、高いSOC範囲でセルをサイクルさせると大幅に向上することを指摘しました。