Исследователи изМюнхенский технический университет(ТУМ) иРейнско-Вестфальский технический университет Ахенав Германии сравнили электрические характеристики высокоэнергетических натрий-ионных аккумуляторов (SIB) с характеристиками современных высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов (LIB) с литий-железо-фосфатным (LFP) катодом.

Группа обнаружила, что состояние заряда и температура оказывают большее влияние на импульсное сопротивление и импеданс SIB, чем LIB, что может повлиять на выбор конструкции и предполагает, что для SIB могут потребоваться более сложные системы управления температурой и зарядом для оптимизации производительности, особенно при более низких уровнях заряда.

• Чтобы объяснить импульсное сопротивление подробнее: этот термин относится к тому, насколько падает напряжение батареи при внезапном потреблении энергии. Таким образом, исследование показывает, что натрий-ионные батареи больше подвержены влиянию уровня заряда и температуры, чем литий-ионные батареи.

Исследовать:

«Натрий-ионные батареи [SIB] обычно рассматриваются как замена LIB», — заявили ученые. «Тем не менее, различия в электрохимическом поведении натрия и лития требуют адаптации как на аноде, так и на катоде. В то время как для литий-ионных батарей [LIB] в качестве анодного материала обычно используется графит, для SIB твердый углерод в настоящее время рассматривается как наиболее перспективный материал для SIB».

Они также объяснили, что их работа была направлена ​​на то, чтобы заполнить пробел в исследованиях, поскольку все еще существует недостаток знаний об электрическом поведении SIB с точки зрения изменения температуры и состояния заряда (SOC).

Исследовательская группа провела, в частности, измерения электрических характеристик в диапазоне температур от 10 до 45 градусов Цельсия и измерения напряжения холостого хода целого элемента при различных температурах, а также измерения полуэлементов соответствующих элементов при 25 градусах Цельсия.

«Кроме того, мы исследовали влияние температуры и SOC как на сопротивление постоянному току (R DC), так и на гальваностатический электрохимический импедансный спектроскоп (GEIS)», — уточняется в нем. «Чтобы изучить полезную емкость, полезную энергию и энергоэффективность в динамических условиях, мы провели испытания на скорость, применяя различные скорости нагрузки при различных температурах».

Исследователи измерили литий-ионную батарею, натрий-ионную батарею с никель-марганцево-железным катодом и литий-ионную батарею с LFP-катодом. Все три показали гистерезис напряжения, то есть их напряжение холостого хода различалось между зарядкой и разрядкой.

«Интересно, что для SIB гистерезис в первую очередь происходит при низких SOC, что, согласно измерениям полуэлемента, вероятно, связано с твердым углеродным анодом», — подчеркнули ученые. «R DC и импеданс LIB показывают очень небольшую зависимость от SOC. Напротив, для SIB R DC и импеданс значительно увеличиваются при SOC ниже 30%, тогда как более высокие SOC имеют противоположный эффект и приводят к более низким значениям R DC и импеданса».

Более того, они установили, что температурная зависимость R_DC и импеданса выше для SIB, чем для LIB. «Тесты LIB не показывают значительного влияния SOC на эффективность кругового цикла. Напротив, циклирование SIB от 50% до 100% SOC может снизить потери эффективности более чем наполовину по сравнению с циклированием от 0% до 50%», — пояснили они далее, отметив, что эффективность SIB резко возрастает при циклировании ячеек в более высоком диапазоне SOC по сравнению с более низким диапазоном SOC.