연구원들은뮌헨 공과대학교(TUM) 및RWTH 아헨 대학교독일의 한 연구팀은 고에너지 나트륨 이온 배터리(SIB)의 전기적 성능을 리튬-철-인산(LFP) 양극을 사용한 최첨단 고에너지 리튬 이온 배터리(LIB)의 전기적 성능과 비교했습니다.

연구팀은 충전 상태와 온도가 LIB보다 SIB의 펄스 저항과 임피던스에 더 큰 영향을 미친다는 것을 발견했으며, 이는 설계 선택에 영향을 미칠 수 있으며 SIB가 특히 낮은 충전 수준에서 성능을 최적화하기 위해 더 정교한 온도 및 충전 관리 시스템이 필요할 수 있음을 시사합니다.

• 펄스 저항을 더 자세히 설명하자면, 이 용어는 갑작스러운 전력 수요가 가해질 때 배터리 전압이 얼마나 떨어지는지를 나타냅니다. 따라서 연구에 따르면 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 충전 수준과 온도의 영향을 더 많이 받습니다.

연구:

"나트륨 이온 전지(SIB)는 일반적으로 리튬 이온 전지(LIB)의 대체재로 여겨집니다."라고 과학자들은 말했습니다. "그럼에도 불구하고 나트륨과 리튬의 전기화학적 거동 차이로 인해 양극과 음극 모두에 대한 적응이 필요합니다. 리튬 이온 전지(LIB)의 경우 일반적으로 흑연이 음극 소재로 사용되는 반면, SIB의 경우 현재 경질 탄소가 SIB에 가장 유망한 소재로 여겨지고 있습니다."

또한 그들은 SIB의 다양한 온도와 충전 상태(SOC)에 따른 전기적 동작에 대한 지식이 여전히 부족하기 때문에 연구의 공백을 메우기 위해 연구를 진행했다고 설명했습니다.

연구팀은 특히 10도 C에서 45도 C까지의 온도 범위에서 전기적 성능을 측정했고, 다양한 온도에서 전체 셀의 개방 회로 전압을 측정했으며, 25도 C에서 해당 셀의 반전지 측정을 수행했습니다.

"또한, 온도와 SOC가 직류 저항(R DC)과 정전류 전기화학 임피던스 분광법(GEIS)에 미치는 영향을 조사했습니다."라고 명시했습니다. "동적 조건에서 가용 용량, 가용 에너지, 그리고 에너지 효율을 검토하기 위해, 다양한 온도에서 다양한 부하율을 적용하여 정격 용량 시험을 수행했습니다."

연구진은 리튬 이온 배터리, 니켈-망간-철 양극을 사용하는 나트륨 이온 배터리, 그리고 LFP 양극을 사용하는 리튬 이온 배터리를 측정했습니다. 세 배터리 모두 전압 히스테리시스를 보였는데, 이는 충전과 방전 시 개방 회로 전압이 다르다는 것을 의미합니다.

"흥미롭게도 SIB의 경우, 히스테리시스는 주로 낮은 SOC에서 발생하는데, 이는 반전지 측정 결과 경질 탄소 양극 때문일 가능성이 높습니다."라고 학자들은 강조했습니다. "LIB의 R DC와 임피던스는 SOC에 대한 의존성이 거의 없습니다. 반면 SIB의 경우, SOC가 30% 미만일 때 R DC와 임피던스가 크게 증가하는 반면, SOC가 높을수록 그 반대의 효과가 나타나 R DC와 임피던스 값이 낮아집니다."

또한, 그들은 R_DC 및 임피던스의 온도 의존성이 LIB보다 SIB에서 더 높다는 것을 확인했습니다. "LIB 테스트 결과 SOC가 왕복 효율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 반면, SIB를 50%에서 100% SOC로 사이클링하면 0%에서 50%로 사이클링할 때보다 효율 손실을 절반 이상 줄일 수 있습니다."라고 그들은 설명하며, 낮은 SOC 범위보다 높은 SOC 범위에서 셀을 사이클링할 때 SIB의 효율이 크게 증가한다는 점을 지적했습니다.