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

• Для более подробного объяснения импульсного сопротивления: этот термин обозначает, насколько падает напряжение аккумулятора при внезапном повышении нагрузки. Таким образом, исследования показывают, что натрий-ионные аккумуляторы сильнее подвержены влиянию уровня заряда и температуры, чем литий-ионные.

Исследовать:

«Натрий-ионные аккумуляторы (SIB) обычно рассматриваются как готовая замена LIB», — заявили учёные. «Тем не менее, различия в электрохимическом поведении натрия и лития требуют адаптации как анода, так и катода. В то время как для литий-ионных аккумуляторов (LIB) в качестве анодного материала обычно используется графит, для SIB твёрдый углерод в настоящее время рассматривается как наиболее перспективный материал для SIB».

Они также объяснили, что их работа направлена ​​на заполнение пробела в исследованиях, поскольку все еще отсутствует знание об электрическом поведении SIB с точки зрения изменения температур и состояния заряда (SOC).

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

«Кроме того, мы исследовали влияние температуры и состояния заряда аккумулятора как на сопротивление постоянному току (R DC), так и на гальваностатический электрохимический импедансный спектроскоп (GEIS)», — уточняется в нём. «Чтобы изучить полезную ёмкость, полезную энергию и энергоэффективность в динамических условиях, мы провели испытания на скоростную характеристику, применяя различные уровни нагрузки при разных температурах».

Исследователи измерили характеристики литий-ионного аккумулятора, натрий-ионного аккумулятора с никель-марганцево-железным катодом и литий-ионного аккумулятора с катодом из LFP. Во всех трёх случаях наблюдался гистерезис напряжения, то есть напряжение холостого хода различалось при зарядке и разрядке.

«Интересно, что для SIB гистерезис проявляется в первую очередь при низких уровнях заряда, что, согласно измерениям полуэлементов, вероятно, связано с твёрдым углеродным анодом», — подчеркнули учёные. «Сопротивление R DC и импеданс LIB практически не зависят от уровня заряда. Напротив, для SIB сопротивление R DC и импеданс значительно возрастают при уровнях заряда ниже 30%, в то время как более высокие уровни заряда имеют противоположный эффект и приводят к снижению значений R DC и импеданса».

Более того, они установили, что температурная зависимость R_DC и импеданса выше для SIB, чем для LIB. «Испытания LIB не выявили существенного влияния SOC на эффективность полного цикла. Напротив, циклирование SIB от 50% до 100% SOC может снизить потери эффективности более чем вдвое по сравнению с циклированием от 0% до 50%», — пояснили они, отметив, что эффективность SIB резко возрастает при циклировании ячеек в диапазоне более высокого SOC по сравнению с диапазоном более низкого SOC.