Forskere fraTeknisk universitet i München(TUM) ogRWTH Aachen UniversitetI Tyskland har man sammenlignet den elektriske ytelsen til høyenergiske natriumionbatterier (SIB-er) med ytelsen til et toppmoderne høyenergilitiumionbatteri (LIB-er) med en litiumjernfosfat (LFP)-katode.

Teamet fant at ladetilstanden og temperaturen har større innflytelse på pulsmotstanden og impedansen til SIB-ene enn LIB-ene, noe som kan påvirke designvalg og antyder at SIB-er kan kreve mer sofistikerte temperatur- og ladestyringssystemer for å optimalisere ytelsen, spesielt ved lavere ladenivåer.

• For å forklare pulsmotstand ytterligere: begrepet refererer til hvor mye en batterispenning faller når et plutselig strømbehov oppstår. Derfor indikerer forskningen at natriumionbatterier påvirkes mer av ladenivå og temperatur enn litiumionbatterier.

Forske:

«Natriumionbatterier [SIB-er] blir generelt sett på som en drop-in-erstatning for LIB-er», uttalte forskerne. «Likevel krever forskjellene i den elektrokjemiske oppførselen til natrium og litium tilpasninger på både anoden og katoden. Mens grafitt vanligvis brukes som anodemateriale for litiumionbatterier [LIB-er], blir hardt karbon for tiden sett på som det mest lovende materialet for SIB-er.»

De forklarte også at arbeidet deres var ment å fylle et gap i forskningen, ettersom det fortsatt mangler kunnskap om den elektriske oppførselen til SIB-er når det gjelder varierende temperaturer og ladetilstander (SOC-er).

Forskerteamet utførte spesielt målinger av elektrisk ytelse ved temperaturer fra 10 grader C til 45 grader C og målinger av åpen kretsspenning av helcellen ved forskjellige temperaturer, samt målinger av halvceller av de tilsvarende cellene ved 25 °C.

«Videre undersøkte vi påvirkningen av temperatur og SOC på både likestrømsmotstand (R DC) og galvanostatisk elektrokjemisk impedansspektroskopi (GEIS),» spesifiserte den. «For å undersøke den utnyttbare kapasiteten, den utnyttbare energien og energieffektiviteten under dynamiske forhold, utførte vi hastighetskapasitetstester ved å bruke forskjellige belastningsrater ved forskjellige temperaturer.»

Forskerne målte et litiumionbatteri, et natriumionbatteri med en nikkel-mangan-jern-katode og et litiumionbatteri med en LFP-katode. Alle tre viste spenningshysterese, som betyr at åpen kretsspenningen deres varierte mellom lading og utlading.

«Interessant nok, for SIB-er, forekommer hysteresen primært ved lave SOC-er, noe som ifølge halvcellemålinger sannsynligvis skyldes den harde karbonanoden», understreket akademikerne. «R DC og impedansen til LIB viser svært liten avhengighet av SOC-en. I motsetning til dette øker R DC og impedansen betydelig for SIB-er ved SOC-er under 30 %, mens høyere SOC-er har motsatt effekt og fører til lavere R DC- og impedansverdier.»

Videre slo de fast at temperaturavhengigheten til R_DC og impedans er høyere for SIB-er enn LIB-er. «LIB-testene viser ikke en signifikant innflytelse fra SOC på effektiviteten tur-retur. I motsetning til dette kan det å sykle SIB-ene fra 50 % til 100 % SOC redusere effektivitetstapene med mer enn halvparten sammenlignet med å sykle fra 0 % til 50 %», forklarte de videre, og bemerket at effektiviteten til SIB-er øker drastisk når cellene sykles i et høyere SOC-område sammenlignet med et lavere SOC-område.