연구진은 다음과 같이 밝혔습니다.뮌헨 공과대학교(TUM) 및RWTH 아헨 대학교독일의 연구진은 고에너지 나트륨 이온 배터리(SIB)의 전기적 성능을 리튬-철-인산염(LFP) 양극을 사용하는 최첨단 고에너지 리튬 이온 배터리(LIB)의 전기적 성능과 비교했습니다.

연구팀은 리튬 이온 배터리(LIB)보다 나트륨 이온 배터리(SIB)에서 충전 상태와 온도가 펄스 저항 및 임피던스에 더 큰 영향을 미친다는 사실을 발견했으며, 이는 설계 선택에 영향을 미칠 수 있고, 특히 낮은 충전 수준에서 성능을 최적화하기 위해 SIB에는 더욱 정교한 온도 및 충전 관리 시스템이 필요할 수 있음을 시사합니다.

• 펄스 저항에 대해 좀 더 자세히 설명하자면, 이 용어는 갑작스러운 전력 요구가 가해질 때 배터리 전압이 얼마나 떨어지는지를 나타냅니다. 따라서 연구 결과에 따르면 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 충전량과 온도 변화에 더 큰 영향을 받습니다.

연구:

"나트륨 이온 배터리(SIBs)는 일반적으로 리튬 이온 배터리(LIBs)를 대체할 수 있는 것으로 여겨집니다."라고 과학자들은 밝혔습니다. "하지만 나트륨과 리튬의 전기화학적 특성 차이로 인해 양극과 음극 모두에서 조정이 필요합니다. 리튬 이온 배터리(LIBs)의 양극 소재로는 일반적으로 흑연이 사용되는 반면, 나트륨 이온 배터리(SIBs)에서는 현재 경질 탄소가 가장 유망한 소재로 여겨지고 있습니다."

그들은 또한 자신들의 연구가 온도 및 배터리 충전 상태(SOC) 변화에 따른 나트륨 이온 배터리(SIB)의 전기적 거동에 대한 연구가 부족한 기존 연구 분야의 공백을 메우기 위한 것이라고 설명했습니다.

연구팀은 특히 10도에서 45도에 이르는 온도 범위에서 전기적 성능 측정을 수행했으며, 다양한 온도에서 전체 셀의 개방 회로 전압 측정과 25도에서 해당 셀의 절반에 대한 측정을 진행했습니다.

"더 나아가, 온도와 SOC가 직류 저항(R DC)과 정전류 전기화학 임피던스 분광법(GEIS)에 미치는 영향을 조사했습니다."라고 명시되어 있습니다. "동적 조건에서 사용 가능한 용량, 사용 가능한 에너지 및 에너지 효율을 확인하기 위해 다양한 온도에서 다양한 부하율을 적용하여 속도 성능 테스트를 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 이력 현상을 보였는데, 이는 충전과 방전 시 개방 회로 전압이 다르다는 것을 의미합니다.

"흥미롭게도, SIB의 경우 히스테리시스는 주로 낮은 SOC에서 발생하는데, 하프셀 측정 결과에 따르면 이는 경질 탄소 양극 때문일 가능성이 높습니다."라고 연구진은 강조했습니다. "LIB의 R DC와 임피던스는 SOC에 거의 영향을 받지 않습니다. 반면, SIB의 경우 SOC가 30% 미만일 때 R DC와 임피던스가 크게 증가하는 반면, SOC가 높을수록 반대 효과가 나타나 R DC와 임피던스 값이 낮아집니다."

또한, 연구진은 SIB의 R_DC와 임피던스의 온도 의존성이 LIB보다 더 높다는 것을 확인했습니다. "LIB 테스트에서는 SOC가 왕복 효율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 반면, SIB의 경우 50%에서 100% SOC로 충방전하면 0%에서 50%로 충방전할 때보다 효율 손실을 절반 이상 줄일 수 있습니다."라고 연구진은 설명하며, SIB의 경우 낮은 SOC 범위에서 충방전할 때보다 높은 SOC 범위에서 충방전할 때 효율이 급격히 증가한다고 덧붙였습니다.