Pētnieki noMinhenes Tehniskā universitāte(TUM) unRWTH Āhenes UniversitāteVācijā ir salīdzinājuši augstas enerģijas nātrija jonu akumulatoru (SIB) elektrisko veiktspēju ar modernākām augstas enerģijas litija jonu baterijām (LIB) ar litija-dzelzs-fosfāta (LFP) katodu.

Komanda atklāja, ka uzlādes stāvoklim un temperatūrai ir lielāka ietekme uz SIB impulsa pretestību un impedanci nekā LIB, kas var ietekmēt dizaina izvēles un liecina, ka SIB var būt nepieciešamas sarežģītākas temperatūras un uzlādes pārvaldības sistēmas, lai optimizētu veiktspēju, īpaši zemākā uzlādes līmenī.

• Lai sīkāk izskaidrotu impulsa pretestību: šis termins attiecas uz to, cik lielā mērā akumulatora spriegums pazeminās, kad tiek pielikts pēkšņs jaudas pieprasījums. Tādēļ pētījumi liecina, ka nātrija jonu akumulatorus vairāk ietekmē uzlādes līmenis un temperatūra nekā litija jonu akumulatorus.

Pētījums:

“Nātrija jonu baterijas [SIB] parasti tiek uzskatītas par LIB bateriju aizstājēju,” norādīja zinātnieki. “Tomēr nātrija un litija elektroķīmiskās uzvedības atšķirības prasa pielāgojumus gan anodam, gan katodam. Lai gan litija jonu baterijām [LIB] parasti kā anoda materiāls tiek izmantots grafīts, SIB baterijām cietais ogleklis pašlaik tiek uzskatīts par visdaudzsološāko materiālu.”

Viņi arī paskaidroja, ka viņu darbs bija paredzēts, lai aizpildītu robu pētījumā, jo joprojām trūkst zināšanu par SIB elektrisko uzvedību dažādu temperatūru un lādiņu stāvokļa (SOC) ziņā.

Pētnieku komanda veica, jo īpaši, elektriskās veiktspējas mērījumus temperatūrā no 10 °C līdz 45 °C un pilnas šūnas atvērtās ķēdes sprieguma mērījumus dažādās temperatūrās, kā arī atbilstošo šūnu pusšūnu mērījumus 25 °C temperatūrā.

“Turklāt mēs pētījām temperatūras un SOC ietekmi gan uz līdzstrāvas pretestību (R DC), gan galvanostatiskās elektroķīmiskās impedances spektroskopiju (GEIS),” tajā precizēts. “Lai pārbaudītu izmantojamo jaudu, izmantojamo enerģiju un energoefektivitāti dinamiskos apstākļos, mēs veicām ātruma spēju testus, pielietojot dažādus slodzes ātrumus dažādās temperatūrās.”

Pētnieki veica mērījumus litija jonu akumulatoram, nātrija jonu akumulatoram ar niķeļa-mangāna-dzelzs katodu un litija jonu akumulatoram ar LFP katodu. Visiem trim tika novērota sprieguma histerēze, kas nozīmē, ka to atvērtās ķēdes spriegums uzlādes un izlādes laikā atšķīrās.

“Interesanti, ka SIB gadījumā histerēze galvenokārt rodas pie zemiem SOC, kas, saskaņā ar pusšūnu mērījumiem, visticamāk, ir saistīts ar cieto oglekļa anodu,” uzsvēra akadēmiķi. “LIB R DC un impedance ļoti maz ir atkarīga no SOC. Turpretī SIB gadījumā R DC un impedance ievērojami palielinās, ja SOC ir zem 30%, savukārt augstākiem SOC ir pretējs efekts un tie noved pie zemākām R DC un impedances vērtībām.”

Turklāt viņi noskaidroja, ka R_DC un impedances temperatūras atkarība SIB ir lielāka nekā LIB. "LIB testi neuzrāda būtisku SOC ietekmi uz turp un atpakaļ efektivitāti. Turpretī SIB cikliska pārslēgšana no 50% līdz 100% SOC var samazināt efektivitātes zudumus par vairāk nekā pusi, salīdzinot ar ciklisku pārslēgšanu no 0% līdz 50%," viņi tālāk paskaidroja, norādot, ka SIB efektivitāte ievērojami pieaug, cikliski pārslēdzot šūnas augstākā SOC diapazonā, salīdzinot ar zemāku SOC diapazonu.