संशोधकांकडूनम्युनिकचे तांत्रिक विद्यापीठ(टीयूएम) आणिआरडब्ल्यूटीएच आचेन विद्यापीठजर्मनीमध्ये उच्च-ऊर्जा सोडियम-आयन बॅटरी (SIBs) च्या विद्युत कार्यक्षमतेची तुलना लिथियम-आयर्न-फॉस्फेट (LFP) कॅथोड असलेल्या अत्याधुनिक उच्च-ऊर्जा लिथियम-आयन बॅटरी (LIBs) च्या विद्युत कार्यक्षमतेशी करण्यात आली आहे.

संघाला असे आढळून आले की, लिथियम-आयन बॅटरीच्या (LIBs) तुलनेत सोडियम-आयन बॅटरीच्या (SIBs) पल्स रेझिस्टन्स आणि इम्पेडन्सवर चार्जची स्थिती आणि तापमानाचा अधिक प्रभाव पडतो, ज्यामुळे डिझाइनच्या निवडींवर परिणाम होऊ शकतो आणि असे सूचित होते की कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी, विशेषतः कमी चार्ज पातळीवर, SIBs ना अधिक अत्याधुनिक तापमान आणि चार्ज व्यवस्थापन प्रणालींची आवश्यकता असू शकते.

• पल्स रेझिस्टन्सबद्दल अधिक सांगायचे झाल्यास: जेव्हा विजेची अचानक मागणी केली जाते, तेव्हा बॅटरीचा व्होल्टेज किती कमी होतो, याला ही संज्ञा सूचित करते. त्यामुळे, संशोधनातून असे दिसून येते की लिथियम-आयन बॅटरीच्या तुलनेत सोडियम-आयन बॅटरीवर चार्जची पातळी आणि तापमानाचा अधिक परिणाम होतो.

संशोधन:

“सोडियम-आयन बॅटरी [SIBs] सामान्यतः लिथियम-आयन बॅटरीसाठी (LIBs) थेट पर्याय म्हणून पाहिल्या जातात,” असे शास्त्रज्ञांनी नमूद केले. “तथापि, सोडियम आणि लिथियमच्या इलेक्ट्रोकेमिकल वर्तनातील फरकांमुळे ॲनोड आणि कॅथोड या दोन्हीमध्ये अनुकूलन करणे आवश्यक आहे. लिथियम-आयन बॅटरीसाठी [LIBs] सामान्यतः ग्राफाइटचा ॲनोड मटेरियल म्हणून वापर केला जातो, तर SIBs साठी सध्या हार्ड कार्बन हे सर्वात आशादायक मटेरियल मानले जाते.”

त्यांनी असेही स्पष्ट केले की त्यांचे कार्य संशोधनातील एक उणीव भरून काढण्याच्या उद्देशाने होते, कारण बदलत्या तापमानाच्या आणि चार्जच्या स्थितीच्या (SOCs) संदर्भात SIBs च्या विद्युत वर्तनाबद्दल अजूनही ज्ञानाची कमतरता आहे.

संशोधन संघाने विशेषतः 10 अंश सेल्सियस ते 45 अंश सेल्सियस पर्यंतच्या तापमानात विद्युत कार्यक्षमतेचे मोजमाप केले आणि वेगवेगळ्या तापमानांवर पूर्ण-सेलच्या ओपन-सर्किट व्होल्टेजचे मोजमाप तसेच 25 अंश सेल्सियसवर संबंधित सेलच्या अर्ध-सेलचे मोजमाप केले.

“याव्यतिरिक्त, आम्ही डायरेक्ट करंट रेझिस्टन्स (R DC) आणि गॅल्व्हॅनोस्टॅटिक इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेडन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (GEIS) या दोन्हींवर तापमान आणि SOC च्या प्रभावाचा अभ्यास केला,” असे त्यात नमूद केले आहे. “गतिशील परिस्थितीत वापरण्यायोग्य क्षमता, वापरण्यायोग्य ऊर्जा आणि ऊर्जा कार्यक्षमता तपासण्यासाठी, आम्ही वेगवेगळ्या तापमानांवर वेगवेगळे लोड रेट लागू करून रेट कॅपॅबिलिटी चाचण्या केल्या.”

संशोधकांनी लिथियम-आयन बॅटरी, निकेल-मँगनीज-लोह कॅथोड असलेली सोडियम-आयन बॅटरी आणि एलएफपी कॅथोड असलेली लिथियम-आयन बॅटरी यांचे मोजमाप केले. या तिन्हीमध्ये व्होल्टेज हिस्टेरेसिस दिसून आला, म्हणजेच चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग दरम्यान त्यांच्या ओपन-सर्किट व्होल्टेजमध्ये फरक होता.

"विशेष म्हणजे, SIBs च्या बाबतीत, हिस्टेरेसिस प्रामुख्याने कमी SOCs वर दिसून येतो, आणि हाफ-सेल मापनानुसार, याचे कारण हार्ड कार्बन ॲनोड असण्याची शक्यता आहे," असे अभ्यासकांनी जोर देऊन सांगितले. "LIB चा R DC आणि इम्पेडन्स हे SOC वर खूप कमी अवलंबून असतात. याउलट, SIBs च्या बाबतीत, ३०% पेक्षा कमी SOCs वर R DC आणि इम्पेडन्स लक्षणीयरीत्या वाढतात, तर उच्च SOCs वर याचा उलट परिणाम होतो आणि R DC व इम्पेडन्सची मूल्ये कमी होतात."

शिवाय, त्यांनी हे निश्चित केले की लिथियम-आयन बॅटरीच्या (LIBs) तुलनेत सोडियम-आयन बॅटरीमध्ये (SIBs) R_DC आणि इम्पेडन्सचे तापमान अवलंबित्व जास्त असते. “LIB चाचण्यांमध्ये राऊंड-ट्रिप कार्यक्षमतेवर SOC चा लक्षणीय प्रभाव दिसून येत नाही. याउलट, 0% ते 50% पर्यंत सायकलिंग करण्याच्या तुलनेत, SIBs ला 50% ते 100% SOC पर्यंत सायकलिंग केल्याने कार्यक्षमतेतील घट निम्म्याहून अधिक कमी होऊ शकते,” असे त्यांनी पुढे स्पष्ट केले. त्यांनी असेही नमूद केले की, कमी SOC श्रेणीच्या तुलनेत उच्च SOC श्रेणीमध्ये सेल्सना सायकलिंग केल्यास SIBs ची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात वाढते.