Onderzoekers van deTechnische Universiteit München(TUM) enRWTH Universiteit Akenin Duitsland hebben de elektrische prestaties van hoogenergetische natriumionbatterijen (SIB's) vergeleken met die van een ultramoderne hoogenergetische lithiumionbatterij (LIB's) met een lithium-ijzerfosfaat (LFP)-kathode.

Het team ontdekte dat de laadtoestand en de temperatuur een grotere invloed hebben op de pulsweerstand en de impedantie van de SIB's dan op de 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, vooral bij lagere laadniveaus.

• Om pulsweerstand verder uit te leggen: de term verwijst naar de mate waarin een batterijspanning daalt wanneer er plotseling stroom wordt gevraagd. Onderzoek wijst er daarom op dat natriumionbatterijen sterker worden beïnvloed door het laadniveau en de temperatuur dan lithiumionbatterijen.

Onderzoek:

"Natrium-ionbatterijen [SIB's] worden over het algemeen gezien als een directe vervanging voor LIB's", aldus de wetenschappers. "Desalniettemin vereisen de verschillen in elektrochemisch gedrag van natrium en lithium aanpassingen aan zowel de anode als de kathode. Terwijl voor lithium-ionbatterijen [LIB's] meestal grafiet als anodemateriaal wordt gebruikt, wordt voor SIB's harde koolstof momenteel gezien als het meest veelbelovende materiaal."

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 in termen van variërende temperaturen en ladingstoestanden (SOC's).

Het onderzoeksteam voerde in het bijzonder elektrische prestatiemetingen uit bij temperaturen van 10 °C tot 45 °C en metingen van de open circuit spanning van de volledige cel bij verschillende temperaturen, evenals metingen van de halve cel van de overeenkomstige cellen bij 25 °C.

"Bovendien hebben we de invloed van temperatuur en SOC op zowel gelijkstroomweerstand (R DC) als galvanostatische elektrochemische impedantiespectroscopie (GEIS) onderzocht", specificeerde het. "Om de bruikbare capaciteit, bruikbare energie en energie-efficiëntie onder dynamische omstandigheden te onderzoeken, hebben we snelheidstests uitgevoerd door verschillende belastingssnelheden toe te passen 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 een spanningshysterese, wat betekent dat hun open-circuitspanning verschilde tussen laden en ontladen.

"Interessant is dat bij SIB's de hysterese voornamelijk optreedt bij lage SOC's, wat volgens halfcelmetingen waarschijnlijk te wijten is aan de harde koolstofanode", benadrukten de academici. "De R DC en impedantie van de LIB zijn nauwelijks afhankelijk van de SOC. Bij SIB's daarentegen nemen de R DC en impedantie significant toe bij SOC's onder de 30%, terwijl hogere SOC's het tegenovergestelde effect hebben en leiden tot lagere R DC- en impedantiewaarden."

Bovendien stelden ze vast dat de temperatuurafhankelijkheid van R_DC en impedantie hoger is voor SIB's dan voor LIB's. "De LIB-tests laten geen significante invloed zien van de SOC op de retourefficiëntie. Daarentegen kan het wisselen van de SIB's van 50% naar 100% SOC de efficiëntieverliezen met meer dan de helft verminderen in vergelijking met het wisselen van 0% naar 50%", legden ze verder uit, en merkten op dat de efficiëntie van SIB's drastisch toeneemt wanneer de cellen in een hoger SOC-bereik worden geschakeld in vergelijking met een lager SOC-bereik.