Cercetătorii de laUniversitatea Tehnică din München(TUM) șiUniversitatea RWTH AachenÎn Germania, au comparat performanța electrică a bateriilor sodiu-ion (SIB) de înaltă energie cu cea a unei baterii litiu-ion (LIB) de înaltă energie de ultimă generație cu un catod litiu-fier-fosfat (LFP).

Echipa a descoperit că starea de încărcare și temperatura au o influență mai mare asupra rezistenței la impuls și a impedanței SIB-urilor decât a LIB-urilor, ceea ce poate influența alegerile de proiectare și sugerează că SIB-urile ar putea necesita sisteme mai sofisticate de gestionare a temperaturii și a încărcării pentru a optimiza performanța, în special la niveluri mai scăzute de încărcare.

• Pentru a explica mai detaliat rezistența la impulsuri: termenul se referă la cât de mult scade tensiunea unei baterii atunci când se aplică o cerere bruscă de putere. Prin urmare, cercetările indică faptul că bateriile sodiu-ion sunt mai afectate de nivelul de încărcare și de temperatură decât bateriile litiu-ion.

Cercetare:

„Bateriile litiu-ion [SIB] sunt în general considerate un înlocuitor direct pentru LIB-uri”, au declarat oamenii de știință. „Cu toate acestea, diferențele de comportament electrochimic al sodiului și litiului necesită adaptări atât la anod, cât și la catod. În timp ce pentru bateriile litiu-ion [LIB] se folosește de obicei grafitul ca material pentru anod, pentru SIB-uri, carbonul dur este considerat în prezent cel mai promițător material pentru SIB-uri.”

De asemenea, aceștia au explicat că munca lor a avut ca scop umplerea unei lacune în cercetare, deoarece există încă o lipsă de cunoștințe despre comportamentul electric al SIB-urilor în ceea ce privește temperaturile variabile și stările de încărcare (SOC).

Echipa de cercetare a efectuat, în special, măsurători ale performanței electrice la temperaturi cuprinse între 10 grade Celsius și 45 grade Celsius și măsurători ale tensiunii în circuit deschis ale celulei întregi la diferite temperaturi, precum și măsurători ale jumătăților de celulă ale celulelor corespunzătoare la 25 °C.

„Mai mult, am investigat influența temperaturii și a SOC atât asupra rezistenței la curent continuu (R DC), cât și asupra spectroscopiei de impedanță electrochimică galvanostatică (GEIS)”, a specificat acesta. „Pentru a examina capacitatea utilizabilă, energia utilizabilă și eficiența energetică în condiții dinamice, am efectuat teste de capacitate de încărcare aplicând diferite rate de încărcare la temperaturi diferite.”

Cercetătorii au măsurat o baterie litiu-ion, o baterie sodiu-ion cu catod nichel-mangan-fier și o baterie litiu-ion cu catod LFP. Toate trei au prezentat histerezis de tensiune, ceea ce înseamnă că tensiunea lor în circuit deschis a diferit între încărcare și descărcare.

„Interesant este că, în cazul SIB-urilor, histerezisul apare în principal la valori scăzute ale SOC-ului, ceea ce, conform măsurătorilor pe jumătate de celulă, se datorează probabil anodului dur de carbon”, au subliniat academicienii. „R CC și impedanța LIB-ului prezintă o dependență foarte mică de SOC. În schimb, în ​​cazul SIB-urilor, R CC și impedanța cresc semnificativ la SOC-uri sub 30%, în timp ce SOC-urile mai mari au efectul opus și duc la valori mai mici ale R CC și impedanței.”

Mai mult, au constatat că dependența de temperatură a R_DC și a impedanței este mai mare pentru SIB-uri decât pentru LIB-uri. „Testele LIB nu arată o influență semnificativă a SOC asupra eficienței dus-întors. În schimb, trecerea ciclică a SIB-urilor de la 50% la 100% SOC poate reduce pierderile de eficiență cu mai mult de jumătate, comparativ cu trecerea ciclică de la 0% la 50%”, au explicat ei, menționând că eficiența SIB-urilor crește drastic atunci când celulele sunt trecute într-un interval SOC mai mare, comparativ cu un interval SOC mai mic.