მკვლევარებიმიუნხენის ტექნიკური უნივერსიტეტი(TUM) დაRWTH აახენის უნივერსიტეტიგერმანიაში მაღალი ენერგიის ნატრიუმ-იონური აკუმულატორების (SIB) ელექტრული მახასიათებლები შეადარეს თანამედროვე მაღალი ენერგიის ლითიუმ-იონური აკუმულატორის (LIB) მუშაობას ლითიუმ-რკინის ფოსფატის (LFP) კათოდით.

გუნდმა აღმოაჩინა, რომ დამუხტვის მდგომარეობას და ტემპერატურას უფრო მაღალი გავლენა აქვს SIB-ების იმპულსურ წინააღმდეგობასა და წინაღობაზე, ვიდრე LIB-ებს, რამაც შეიძლება გავლენა მოახდინოს დიზაინის არჩევანზე და მიუთითებს, რომ SIB-ებს შეიძლება დასჭირდეთ უფრო დახვეწილი ტემპერატურისა და დამუხტვის მართვის სისტემები მუშაობის ოპტიმიზაციისთვის, განსაკუთრებით დაბალი დამუხტვის დონეზე.

• იმპულსური წინააღმდეგობის უფრო დეტალურად ასახსნელად: ტერმინი აღნიშნავს, თუ რამდენად ეცემა აკუმულატორის ძაბვა, როდესაც უეცარი მოთხოვნილებაა. შესაბამისად, კვლევა მიუთითებს, რომ ნატრიუმ-იონურ აკუმულატორებზე დამუხტვის დონე და ტემპერატურა უფრო მეტად მოქმედებს, ვიდრე ლითიუმ-იონურ აკუმულატორებზე.

კვლევა:

„ნატრიუმის იონური აკუმულატორები [SIB] ზოგადად LIB-ების ჩანაცვლებად მიიჩნევა“, - განაცხადეს მეცნიერებმა. „მიუხედავად ამისა, ნატრიუმის და ლითიუმის ელექტროქიმიური ქცევის განსხვავებები მოითხოვს როგორც ანოდზე, ასევე კათოდზე ადაპტაციას. მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმ-იონური აკუმულატორებისთვის [LIB], როგორც წესი, გრაფიტი გამოიყენება ანოდის მასალად, SIB-ებისთვის ამჟამად მყარი ნახშირბადი SIB-ებისთვის ყველაზე პერსპექტიულ მასალად განიხილება.“

მათ ასევე განმარტეს, რომ მათი ნაშრომი მიზნად ისახავდა კვლევაში არსებული ხარვეზის შევსებას, რადგან ჯერ კიდევ არ არის საკმარისი ცოდნა SIB-ების ელექტრული ქცევის შესახებ ცვალებადი ტემპერატურისა და დამუხტვის მდგომარეობის (SOC) თვალსაზრისით.

კვლევის ჯგუფმა ჩაატარა ელექტრული მახასიათებლების გაზომვები 10-დან 45 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე და სრული უჯრედის ღია წრედის ძაბვის გაზომვები სხვადასხვა ტემპერატურაზე, ასევე შესაბამისი უჯრედების ნახევარი უჯრედის გაზომვები 25 გრადუს ცელსიუსზე.

„გარდა ამისა, ჩვენ გამოვიკვლიეთ ტემპერატურისა და SOC-ის გავლენა როგორც მუდმივი დენის წინააღმდეგობაზე (R DC), ასევე გალვანოსტატიკური ელექტროქიმიური წინაღობის სპექტროსკოპიაზე (GEIS)“, - დააკონკრეტა მან. „დინამიურ პირობებში გამოსაყენებელი სიმძლავრის, გამოსაყენებელი ენერგიისა და ენერგოეფექტურობის შესასწავლად, ჩვენ ჩავატარეთ სიჩქარის ტესტები სხვადასხვა დატვირთვის სიჩქარის გამოყენებით სხვადასხვა ტემპერატურაზე.“

მკვლევრებმა გაზომეს ლითიუმ-იონური აკუმულატორი, ნიკელ-მანგანუმ-რკინის კათოდური ნატრიუმ-იონური აკუმულატორი და LFP კათოდური ლითიუმ-იონური აკუმულატორი. სამივემ აჩვენა ძაბვის ჰისტერეზისი, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათი ღია წრედის ძაბვა განსხვავდებოდა დატენვისა და განმუხტვის დროს.

„საინტერესოა, რომ SIB-ების შემთხვევაში, ჰისტერეზისი ძირითადად დაბალ SOC-ებზე ხდება, რაც, ნახევარუჯრედიანი გაზომვების მიხედვით, სავარაუდოდ, მყარი ნახშირბადის ანოდით არის განპირობებული“, - ხაზი გაუსვეს აკადემიკოსებმა. „LIB-ის R DC და წინაღობა ძალიან მცირე დამოკიდებულებას აჩვენებს SOC-ზე. ამის საპირისპიროდ, SIB-ების შემთხვევაში, R DC და წინაღობა მნიშვნელოვნად იზრდება 30%-ზე დაბალ SOC-ებზე, მაშინ როდესაც უფრო მაღალ SOC-ებს საპირისპირო ეფექტი აქვთ და იწვევს R DC და წინაღობის დაბალ მნიშვნელობებს.“

გარდა ამისა, მათ დაადგინეს, რომ R_DC-ისა და წინაღობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულება SIB-ებისთვის უფრო მაღალია, ვიდრე LIB-ებისთვის. „LIB ტესტები არ აჩვენებს SOC-ის მნიშვნელოვან გავლენას ორმხრივ ეფექტურობაზე. ამის საპირისპიროდ, SIB-ების 50%-დან 100%-მდე SOC-ის ციკლურად გადართვამ შეიძლება შეამციროს ეფექტურობის დანაკარგები ნახევარზე მეტით, 0%-დან 50%-მდე ციკლურად გადართვასთან შედარებით“, - განმარტეს მათ და აღნიშნეს, რომ SIB-ების ეფექტურობა მკვეთრად იზრდება უჯრედების უფრო მაღალ SOC დიაპაზონში ციკლირებისას, უფრო დაბალ SOC დიაპაზონთან შედარებით.