Onderzoekers van deTechnische Universiteit München(TUM) enRWTH Aachen UniversiteitIn Duitsland is de elektrische prestatie van hoogenergetische natrium-ionbatterijen (SIB's) vergeleken met die van een geavanceerde hoogenergetische lithium-ionbatterij (LIB) met een lithium-ijzerfosfaat (LFP)-kathode.

Het team ontdekte dat de laadstatus en de temperatuur een grotere invloed hebben op de pulsweerstand en de impedantie van SIB's dan van LIB's. Dit kan van invloed zijn op ontwerpkeuzes en suggereert dat SIB's mogelijk geavanceerdere temperatuur- en laadbeheersystemen nodig hebben om de prestaties te optimaliseren, met name bij lagere laadniveaus.

• Om de pulsweerstand verder toe te lichten: de term verwijst naar de mate waarin de spanning van een batterij daalt wanneer er plotseling een stroomvraag ontstaat. Het onderzoek wijst er daarom op dat natrium-ionbatterijen gevoeliger zijn voor het laadniveau en de temperatuur dan lithium-ionbatterijen.

Onderzoek:

"Natrium-ionbatterijen (SIB's) worden over het algemeen gezien als een directe vervanging voor lithium-ionbatterijen (LIB's)", aldus de wetenschappers. "De verschillen in het elektrochemische gedrag van natrium en lithium vereisen echter aanpassingen aan zowel de anode als de kathode. Waar voor lithium-ionbatterijen (LIB's) meestal grafiet als anodemateriaal wordt gebruikt, wordt hard koolstof momenteel gezien als het meest veelbelovende materiaal voor SIB's."

Ze legden ook uit dat hun werk bedoeld was om een ​​lacune in het onderzoek op te vullen, aangezien er nog steeds een gebrek aan kennis is over het elektrische gedrag van SIB's bij verschillende temperaturen en laadstatussen (SOC's).

Het onderzoeksteam voerde met name metingen uit van de elektrische prestaties bij temperaturen variërend van 10 tot 45 graden Celsius, evenals metingen van de nullastspanning van de volledige cel bij verschillende temperaturen en metingen van de halfcellen van de corresponderende cellen bij 25 graden Celsius.

"Verder onderzochten we de invloed van temperatuur en SOC op zowel de gelijkstroomweerstand (R DC) als galvanostatische elektrochemische impedantiespectroscopie (GEIS)," stond er verder. "Om de bruikbare capaciteit, bruikbare energie en energie-efficiëntie onder dynamische omstandigheden te onderzoeken, voerden we tests uit met verschillende belastingssnelheden bij verschillende temperaturen."

De onderzoekers maten een lithium-ionbatterij, een natrium-ionbatterij met een nikkel-mangaan-ijzerkathode en een lithium-ionbatterij met een LFP-kathode. Alle drie vertoonden spanningshysteresis, wat betekent dat hun open-circuitspanning verschilde tussen laden en ontladen.

"Interessant genoeg treedt de hysterese bij SIB's voornamelijk op bij lage laadniveaus (SOC's), wat volgens halfcelmetingen waarschijnlijk te wijten is aan de harde koolstofanode", benadrukten de onderzoekers. "De R DC en impedantie van de LIB vertonen zeer weinig afhankelijkheid van het laadniveau. Daarentegen nemen bij SIB's de R DC en impedantie significant toe bij laadniveaus onder de 30%, terwijl hogere laadniveaus het tegenovergestelde effect hebben en leiden tot lagere R DC- en impedantiewaarden."

Bovendien stelden ze vast dat de temperatuurafhankelijkheid van R_DC en impedantie groter is voor SIB's dan voor LIB's. "De LIB-tests tonen geen significante invloed van de SOC op het rendement. Daarentegen kan het cyclen van SIB's van 50% naar 100% SOC het rendementsverlies met meer dan de helft verminderen in vergelijking met cyclen van 0% naar 50%," legden ze verder uit, waarbij ze opmerkten dat het rendement van SIB's drastisch toeneemt wanneer de cellen in een hoger SOC-bereik worden gecycled in vergelijking met een lager SOC-bereik.