Исследователи изТехнический университет Мюнхена(ТУМ) иРейнско-Вестфальский технический университет АахенаВ Германии сравнили электрические характеристики высокоэнергетических натрий-ионных батарей (SIB) с характеристиками современных высокоэнергетических литий-ионных батарей (LIB) с литий-железо-фосфатным (LFP) катодом.

Исследователи обнаружили, что степень заряда и температура оказывают большее влияние на импульсное сопротивление и импеданс натрий-ионных аккумуляторов (SIB), чем литий-ионных (LIB), что может повлиять на выбор конструктивных решений и предполагает, что для оптимизации производительности SIB могут потребоваться более сложные системы управления температурой и зарядом, особенно при низких уровнях заряда.

• Чтобы подробнее объяснить импульсное сопротивление: этот термин обозначает, насколько падает напряжение батареи при внезапном увеличении потребляемой мощности. Таким образом, исследования показывают, что натрий-ионные батареи в большей степени подвержены влиянию уровня заряда и температуры, чем литий-ионные батареи.

Исследовать:

«Натрий-ионные батареи (SIB) обычно рассматриваются как полноценная замена литий-ионным батареям (LIB)», — заявили ученые. «Тем не менее, различия в электрохимическом поведении натрия и лития требуют адаптации как анода, так и катода. В то время как для литий-ионных батарей (LIB) в качестве анодного материала обычно используется графит, для SIB наиболее перспективным материалом в настоящее время считается твердый углерод».

Они также пояснили, что их работа направлена ​​на восполнение пробела в исследованиях, поскольку до сих пор существует недостаток знаний об электрическом поведении натрий-ионных аккумуляторов в зависимости от температуры и состояния заряда (SOC).

В частности, исследовательская группа провела измерения электрических характеристик при температурах от 10°C до 45°C, а также измерения напряжения холостого хода всей ячейки при различных температурах и измерения полуячеек соответствующих ячеек при 25°C.

«Кроме того, мы исследовали влияние температуры и состояния заряда на сопротивление постоянному току (R DC) и гальваностатическую электрохимическую импедансную спектроскопию (GEIS)», — говорится в документе. «Для изучения полезной емкости, полезной энергии и энергоэффективности в динамических условиях мы провели испытания на скорость разряда, применяя различные скорости нагрузки при разных температурах».

Исследователи провели измерения литий-ионной батареи, натрий-ионной батареи с никель-марганцево-железным катодом и литий-ионной батареи с катодом из литий-железо-фосфата (LFP). Все три батареи показали гистерезис напряжения, то есть их напряжение холостого хода различалось между зарядкой и разрядкой.

«Интересно, что для натрий-ионных аккумуляторов гистерезис в основном наблюдается при низких значениях заряда, что, согласно измерениям полуэлементов, вероятно, связано с твердым углеродным анодом», — подчеркнули ученые. «Сопротивление постоянному току (RDC) и импеданс литий-ионного аккумулятора (LIB) очень мало зависят от заряда. В отличие от этого, для натрий-ионных аккумуляторов RDC и импеданс значительно возрастают при заряде ниже 30%, в то время как более высокие значения заряда оказывают противоположный эффект и приводят к более низким значениям RDC и импеданса».

Кроме того, они установили, что температурная зависимость сопротивления R_DC и импеданса выше для натрий-ионных аккумуляторов (SIB), чем для литий-ионных (LIB). «Тесты LIB не показывают значительного влияния уровня заряда (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 элементов в более высоком диапазоне SOC по сравнению с более низким диапазоном SOC.