Raziskovalci izTehniška univerza v Münchnu(TUM) inUniverza RWTH AachenV Nemčiji so primerjali električno zmogljivost visokoenergijskih natrijevih ionskih baterij (SIB) z zmogljivostjo najsodobnejših visokoenergijskih litij-ionskih baterij (LIB) z litij-železo-fosfatno (LFP) katodo.

Ekipa je ugotovila, da imata stanje napolnjenosti in temperatura večji vpliv na impulzno upornost in impedanco SIB-ov kot LIB-ov, kar lahko vpliva na odločitve pri zasnovi in ​​​​nakazuje, da lahko SIB-i zahtevajo bolj dovršene sisteme za upravljanje temperature in polnjenja za optimizacijo delovanja, zlasti pri nižjih ravneh polnjenja.

• Da bi dodatno razložili upornost pri impulzih: izraz se nanaša na to, za koliko pade napetost baterije, ko se pojavi nenadna poraba energije. Zato raziskave kažejo, da na natrijeve ionske baterije bolj vplivata raven napolnjenosti in temperatura kot na litij-ionske baterije.

Raziskave:

»Natrijevo-ionske baterije [SIB] se na splošno obravnavajo kot nadomestek za LIB-e,« so izjavili znanstveniki. »Kljub temu razlike v elektrokemičnem obnašanju natrija in litija zahtevajo prilagoditve tako na anodi kot na katodi. Medtem ko se pri litijevo-ionskih baterijah [LIB] običajno uporablja grafit kot anodni material, se za SIB-e trdi ogljik trenutno šteje za najbolj obetaven material za SIB-e.«

Pojasnili so tudi, da je bilo njihovo delo namenjeno zapolnitvi vrzeli v raziskavah, saj še vedno primanjkuje znanja o električnem obnašanju SIB-ov glede na različne temperature in stanja naboja (SOC).

Raziskovalna skupina je izvedla zlasti meritve električnih zmogljivosti pri temperaturah od 10 stopinj Celzija do 45 stopinj Celzija in meritve napetosti odprtega tokokroga celotne celice pri različnih temperaturah ter meritve polcelic ustreznih celic pri 25 stopinj Celzija.

»Poleg tega smo raziskali vpliv temperature in stanja napolnjenosti (SOC) tako na upornost pri enosmernem toku (R DC) kot tudi na galvanostatično elektrokemijsko impedančno spektroskopijo (GEIS),« so navedli. »Za preučitev uporabne zmogljivosti, uporabne energije in energetske učinkovitosti v dinamičnih pogojih smo izvedli teste zmogljivosti prenosa z uporabo različnih obremenitev pri različnih temperaturah.«

Raziskovalci so izmerili litij-ionsko baterijo, natrij-ionsko baterijo z nikelj-manganovo-železovo katodo in litij-ionsko baterijo z LFP katodo. Vse tri so pokazale napetostno histerezo, kar pomeni, da se je njihova napetost odprtega tokokroga med polnjenjem in praznjenjem razlikovala.

»Zanimivo je, da se pri SIB-ih histereza pojavlja predvsem pri nizkih vrednostih napolnjenosti (SOC), kar je glede na meritve polcelic verjetno posledica trde ogljikove anode,« so poudarili akademiki. »R DC in impedanca LIB-a kažeta zelo majhno odvisnost od SOC-a. Nasprotno pa se pri SIB-ih R DC in impedanca znatno povečata pri SOC-ih pod 30 %, medtem ko imajo višji SOC-i nasproten učinek in vodijo do nižjih vrednosti R DC in impedance.«

Poleg tega so ugotovili, da je temperaturna odvisnost R_DC in impedance višja za SIB-e kot za LIB-e. »Testi LIB ne kažejo pomembnega vpliva stanja napolnjenosti (SOC) na učinkovitost povratnega prehoda. Nasprotno pa lahko cikliranje SIB-ov od 50 % do 100 % SOC zmanjša izgube učinkovitosti za več kot polovico v primerjavi s cikliranjem od 0 % do 50 %,« so nadalje pojasnili in opozorili, da se učinkovitost SIB-ov drastično poveča pri cikliranju celic v višjem območju SOC v primerjavi z nižjim območjem SOC.