ЗерттеушілерМюнхен техникалық университеті(TUM) жәнеRWTH Ахен университетіГерманияда жоғары энергиялы натрий-ионды батареялардың (SIB) электрлік өнімділігін литий-темір-фосфат (LFP) катоды бар заманауи жоғары энергиялы литий-ионды батареяның (LIB) электрлік өнімділігімен салыстырды.

Топ заряд күйі мен температураның SIB-лердің импульстік кедергісі мен импедансына LIB-лерге қарағанда көбірек әсер ететінін анықтады, бұл дизайн таңдауына әсер етуі мүмкін және SIB-лерге, әсіресе төмен заряд деңгейлерінде, өнімділікті оңтайландыру үшін күрделі температура мен зарядты басқару жүйелері қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді.

• Импульстік кедергіні толығырақ түсіндіру үшін: бұл термин кенеттен қуат тұтынуы қолданылған кезде батарея кернеуінің қаншалықты төмендейтінін білдіреді. Сондықтан, зерттеулер натрий-ионды батареяларға литий-ионды батареяларға қарағанда заряд деңгейі мен температурасы көбірек әсер ететінін көрсетеді.

Зерттеу:

«Натрий-ионды батареялар [SIB] әдетте LIB-ларды ауыстыратын қосымша материал ретінде қарастырылады», - деп мәлімдеді ғалымдар. «Дегенмен, натрий мен литийдің электрохимиялық мінез-құлқындағы айырмашылықтар анод пен катодта бейімделуді қажет етеді. Литий-ионды батареялар [LIB] үшін әдетте анод материалы ретінде графит пайдаланылса, SIB үшін қатты көміртек қазіргі уақытта SIB үшін ең перспективалы материал болып саналады».

Олар сондай-ақ өз жұмыстарының зерттеудегі олқылықты толтыруға арналғанын түсіндірді, себебі әртүрлі температура мен заряд күйлері (SOC) тұрғысынан SIB-лердің электрлік мінез-құлқы туралы әлі де білім жетіспейді.

Зерттеу тобы, атап айтқанда, 10 градус Цельсийден 45 градус Цельсийге дейінгі температурада электрлік өнімділік өлшемдерін және әртүрлі температурада толық ұяшықтың ашық тізбек кернеуін өлшеуді, сондай-ақ 25 градус Цельсийде сәйкес ұяшықтардың жартылай ұяшықтарын өлшеуді жүргізді.

«Сонымен қатар, біз температура мен SOC-тың тұрақты ток кедергісіне (R DC) және гальваностатикалық электрохимиялық импеданс спектроскопиясына (GEIS) әсерін зерттедік», - делінген онда. «Динамикалық жағдайларда пайдалануға болатын сыйымдылықты, пайдалануға болатын энергияны және энергия тиімділігін зерттеу үшін біз әртүрлі температурада әртүрлі жүктеме жылдамдықтарын қолдану арқылы жылдамдық қабілеттілігін сынақтан өткіздік».

Зерттеушілер литий-ионды батареяны, никель-марганец-темір катоды бар натрий-ионды батареяны және LFP катоды бар литий-ионды батареяны өлшеді. Үшеуінде де кернеу гистерезисі байқалды, яғни олардың ашық тізбегіндегі кернеу зарядтау мен разрядтау арасында әртүрлі болды.

«Қызығы, SIB үшін гистерезис негізінен төмен SOC-ларда жүреді, бұл жартылай жасушалық өлшеулерге сәйкес, қатты көміртегі анодына байланысты болуы мүмкін», - деп атап өтті ғалымдар. «LIB-тің R DC және импедансы SOC-қа өте аз тәуелділікті көрсетеді. Керісінше, SIB үшін R DC және импеданс 30%-дан төмен SOC-ларда айтарлықтай артады, ал жоғары SOC-лар керісінше әсер етеді және R DC және импеданс мәндерінің төмендеуіне әкеледі».

Сонымен қатар, олар R_DC мен импеданстың температураға тәуелділігі SIB үшін LIB-лерге қарағанда жоғары екенін анықтады. «LIB сынақтары SOC-тың екі жаққа бағытталған тиімділікке айтарлықтай әсерін көрсетпейді. Керісінше, SIB-ларды 50%-дан 100%-ға дейінгі SOC-қа айналдыру тиімділік шығындарын 0%-дан 50%-ға дейінгі циклмен салыстырғанда екі еседен астамға азайта алады», - деп түсіндірді олар, SIB тиімділігі төменгі SOC диапазонымен салыстырғанда жоғары SOC диапазонында жасушаларды айналдырған кезде күрт өсетінін атап өтті.