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 ogniw SIB niż ogniw LIB, co może mieć wpływ na wybór projektu i sugeruje, że ogniwa SIB mogą wymagać bardziej zaawansowanych systemów zarządzania temperaturą i ładunkiem w celu optymalizacji wydajności, szczególnie przy niższych poziomach naładowania.

• Aby wyjaśnić oporność impulsową: termin ten odnosi się do tego, jak bardzo napięcie akumulatora spada, gdy występuje nagłe zapotrzebowanie na moc. 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 zamienniki LIB” – stwierdzili naukowcy. „Niemniej jednak różnice w elektrochemicznym zachowaniu sodu i litu wymagają adaptacji zarówno na anodzie, jak i katodzie. Podczas gdy w przypadku baterii litowo-jonowych [LIB] zwykle jako materiał anodowy stosuje się grafit, w przypadku SIB twardy węgiel jest obecnie postrzegany jako najbardziej obiecujący materiał dla SIB”.

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

Zespół badawczy przeprowadził w szczególności pomiary wydajności elektrycznej w temperaturach od 10°C do 45°C oraz pomiary napięcia w obwodzie otwartym całego ogniwa w różnych temperaturach, a także pomiary półogniw odpowiadających im ogniw w temperaturze 25°C.

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

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

„Co ciekawe, w przypadku SIB histereza występuje głównie przy niskim SOC, co według pomiarów półogniw prawdopodobnie wynika z twardej anody węglowej” – podkreślili naukowcy. „R DC i impedancja LIB wykazują bardzo małą zależność od SOC. Natomiast w przypadku SIB R DC i impedancja znacząco wzrastają przy SOC poniżej 30%, podczas gdy wyższe SOC mają odwrotny efekt i prowadzą do niższych wartości R DC i impedancji”.

Co więcej, stwierdzili, że zależność temperaturowa R_DC i impedancji jest wyższa dla SIB niż dla LIB. „Testy LIB nie wykazują znaczącego wpływu SOC na wydajność w obie strony. Natomiast cyklowanie SIB z 50% do 100% SOC może zmniejszyć straty wydajności o ponad połowę w porównaniu z cyklowaniem z 0% do 50%”, wyjaśnili dalej, zauważając, że wydajność SIB drastycznie wzrasta podczas cyklowania ogniw w wyższym zakresie SOC w porównaniu z niższym zakresem SOC.