Výskumníci zTechnická univerzita v Mníchove(TUM) aUniverzita RWTH AachenV Nemecku porovnali elektrický výkon vysokoenergetických sodíkovo-iónových batérií (SIB) s výkonom najmodernejších vysokoenergetických lítium-iónových batérií (LIB) s katódou z lítium-železo-fosfátu (LFP).

Tím zistil, že stav nabitia a teplota majú väčší vplyv na pulzný odpor a impedanciu SIB ako LIB, čo môže ovplyvniť konštrukčné rozhodnutia a naznačuje, že SIB môžu vyžadovať sofistikovanejšie systémy riadenia teploty a nabíjania na optimalizáciu výkonu, najmä pri nižších úrovniach nabitia.

• Pre ďalšie vysvetlenie pulzného odporu: tento termín označuje, o koľko klesne napätie batérie pri náhlom zvýšení napätia. Výskum preto naznačuje, že sodíkovo-iónové batérie sú viac ovplyvnené úrovňou nabitia a teplotou ako lítium-iónové batérie.

Výskum:

„Sodík-iónové batérie [SIB] sa vo všeobecnosti považujú za alternatívnu náhradu za LIB,“ uviedli vedci. „Napriek tomu rozdiely v elektrochemickom správaní sodíka a lítia vyžadujú úpravy na anóde aj katóde. Zatiaľ čo pri lítium-iónových batériách [LIB] sa ako anódový materiál zvyčajne používa grafit, pre SIB sa v súčasnosti za najsľubnejší materiál pre SIB považuje tvrdý uhlík.“

Vysvetlili tiež, že ich práca mala zaplniť medzeru vo výskume, pretože stále chýbajú poznatky o elektrickom správaní SIB z hľadiska rôznych teplôt a stavov nabitia (SOC).

Výskumný tím vykonal najmä merania elektrického výkonu pri teplotách od 10 °C do 45 °C a merania napätia naprázdno celého článku pri rôznych teplotách, ako aj merania polovičných článkov zodpovedajúcich článkov pri 25 °C.

„Okrem toho sme skúmali vplyv teploty a stavu nabitia (SOC) na odpor jednosmerného prúdu (R DC) aj na galvanostatickú elektrochemickú impedančnú spektroskopiu (GEIS),“ špecifikovala spoločnosť. „Na preskúmanie využiteľnej kapacity, využiteľnej energie a energetickej účinnosti za dynamických podmienok sme vykonali testy rýchlostnej kapacity s použitím rôznych rýchlostí zaťaženia pri rôznych teplotách.“

Výskumníci merali lítium-iónovú batériu, sodíkovo-iónovú batériu s nikel-mangán-železnou katódou a lítium-iónovú batériu s LFP katódou. Všetky tri vykazovali napäťovú hysteréziu, čo znamená, že ich napätie naprázdno sa medzi nabíjaním a vybíjaním líšilo.

„Je zaujímavé, že v prípade SIB sa hysterézia vyskytuje primárne pri nízkych hodnotách SOC, čo je podľa meraní polčlánkov pravdepodobne spôsobené tvrdou uhlíkovou anódou,“ zdôraznili akademici. „R DC a impedancia LIB vykazujú veľmi malú závislosť od SOC. Naproti tomu v prípade SIB sa R ​​DC a impedancia výrazne zvyšujú pri SOC pod 30 %, zatiaľ čo vyššie SOC majú opačný účinok a vedú k nižším hodnotám R DC a impedancie.“

Okrem toho zistili, že teplotná závislosť R_DC a impedancie je vyššia pre SIB ako pre LIB. „Testy LIB nepreukázali významný vplyv stavu nabitia (SOC) na účinnosť pri obojsmernom napätí. Naproti tomu cyklovanie SIB z 50 % na 100 % SOC môže znížiť straty účinnosti o viac ako polovicu v porovnaní s cyklovaním z 0 % na 50 %,“ ďalej vysvetlili a poznamenali, že účinnosť SIB drasticky rastie pri cyklovaní článkov vo vyššom rozsahu SOC v porovnaní s nižším rozsahom SOC.