Naukowcy zUniwersytet Techniczny w Monachium(TUM) iUniwersytet RWTH w Akwizgraniew Niemczech porównano parametry elektryczne wysokoenergetycznych akumulatorów sodowo-jonowych (SIB) z parametrami najnowocześniejszych wysokoenergetycznych akumulatorów litowo-jonowych (LIB) z katodą litowo-żelazowo-fosforanową (LFP).

Zespół odkrył, że stan naładowania i temperatura mają większy wpływ na rezystancję impulsu i impedancję akumulatorów SIB niż LIB, co może mieć wpływ na wybory projektowe i sugeruje, że akumulatory SIB mogą wymagać bardziej zaawansowanych systemów zarządzania temperaturą i ładunkiem w celu optymalizacji wydajności, szczególnie przy niższych poziomach naładowania.

• Aby dokładniej wyjaśnić rezystancję impulsową: termin ten odnosi się do spadku napięcia akumulatora w przypadku nagłego zapotrzebowania na energię. Dlatego badania wskazują, że akumulatory sodowo-jonowe są bardziej podatne na poziom naładowania i temperaturę niż akumulatory litowo-jonowe.

Badania:

„Baterie sodowo-jonowe [SIB] są generalnie postrzegane jako bezpośredni zamiennik baterii LIB” – stwierdzili naukowcy. „Niemniej jednak różnice w zachowaniu elektrochemicznym sodu i litu wymagają adaptacji zarówno anody, jak i katody. Podczas gdy w przypadku baterii litowo-jonowych [LIB] zazwyczaj jako materiał anodowy stosuje się grafit, w przypadku SIB twardy węgiel jest obecnie uważany za najbardziej obiecujący materiał do produkcji SIB”.

Wyjaśnili również, że ich praca ma na celu wypełnienie luki w badaniach, ponieważ wciąż brakuje wiedzy na temat zachowania elektrycznego ogniw SIB w kontekście zmian temperatury i stanu naładowania (SOC).

Zespół badawczy przeprowadził w szczególności pomiary parametrów elektrycznych w temperaturach od 10°C do 45°C oraz pomiary napięcia w obwodzie otwartym całego ogniwa w różnych temperaturach, a także pomiary półogniwa odpowiadających mu ogniw w temperaturze 25°C.

„Ponadto zbadaliśmy wpływ temperatury i SOC na rezystancję prądu stałego (R DC) oraz galwanostatyczną spektroskopię impedancji elektrochemicznej (GEIS)” – precyzuje firma. „Aby zbadać użyteczną pojemność, użyteczną energię i sprawność energetyczną w warunkach dynamicznych, przeprowadziliśmy testy wydajności, stosując różne obciążenia w różnych temperaturach”.

Naukowcy zmierzyli akumulator litowo-jonowy, akumulator sodowo-jonowy z katodą niklowo-manganowo-żelazową oraz akumulator litowo-jonowy z katodą LFP. Wszystkie trzy wykazywały histerezę napięcia, co oznacza, że ​​ich napięcie w obwodzie otwartym różniło się między ładowaniem a rozładowywaniem.

„Co ciekawe, w przypadku ogniw SIB histereza występuje głównie przy niskim stanie naładowania (SOC), co, według pomiarów półogniw, prawdopodobnie wynika z twardej anody węglowej” – podkreślili naukowcy. „Współczynnik R DC i impedancja ogniwa LIB wykazują bardzo niewielką zależność od stanu naładowania (SOC). Natomiast w przypadku ogniw SIB, współczynnik R DC i impedancja znacząco rosną przy stanie naładowania poniżej 30%, podczas gdy wyższe poziomy SOC mają odwrotny skutek i prowadzą do niższych wartości współczynnika R DC i impedancji”.

Co więcej, stwierdzili, że zależność temperaturowa R_DC i impedancji jest wyższa w przypadku ogniw SIB niż w przypadku ogniw LIB. „Testy ogniw LIB nie wykazują istotnego wpływu stanu naładowania (SOC) na wydajność w obie strony. Natomiast cykle ładowania ogniw SIB z 50% do 100% stanu naładowania (SOC) mogą zmniejszyć straty wydajności o ponad połowę w porównaniu ze cyklami ładowania z 0% do 50%” – wyjaśnili dalej, zauważając, że wydajność ogniw SIB drastycznie rośnie podczas cykli ładowania ogniw w wyższym zakresie SOC w porównaniu z niższym zakresem SOC.