นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก(TUM) และมหาวิทยาลัย RWTH อาเคินในประเทศเยอรมนีได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนพลังงานสูง (SIB) กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานสูง (LIB) ที่ทันสมัยที่สุดพร้อมแคโทดลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP)

ทีมงานพบว่าสถานะการชาร์จและอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อความต้านทานพัลส์และอิมพีแดนซ์ของ SIB มากกว่า LIB ซึ่งอาจมีอิทธิพลต่อตัวเลือกการออกแบบ และชี้ให้เห็นว่า SIB อาจต้องใช้ระบบการจัดการอุณหภูมิและการชาร์จที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นเพื่อปรับประสิทธิภาพให้เหมาะสม โดยเฉพาะที่ระดับการชาร์จที่ต่ำกว่า

• เพื่ออธิบายความต้านทานของพัลส์ให้ละเอียดขึ้น คำศัพท์ดังกล่าวหมายถึงระดับแรงดันไฟของแบตเตอรี่ที่ลดลงเมื่อมีความต้องการพลังงานอย่างกะทันหัน ดังนั้น การวิจัยจึงบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้รับผลกระทบจากระดับการชาร์จและอุณหภูมิมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

วิจัย:

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า “แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน [SIB] มักถูกมองว่าเป็นแบตเตอรี่ทดแทน LIB อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างในพฤติกรรมทางเคมีไฟฟ้าของโซเดียมและลิเธียมนั้นต้องการการปรับเปลี่ยนทั้งขั้วบวกและขั้วลบ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน [LIB] มักใช้กราไฟต์เป็นวัสดุขั้วบวก แต่ปัจจุบัน SIB คาร์บอนแข็งถือเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีที่สุดสำหรับ SIB”

พวกเขายังอธิบายด้วยว่างานของพวกเขามีวัตถุประสงค์เพื่อเติมช่องว่างในการวิจัย เนื่องจากยังคงขาดความรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมทางไฟฟ้าของ SIB ในแง่ของอุณหภูมิที่แตกต่างกันและสถานะประจุ (SOC)

ทีมวิจัยได้ดำเนินการโดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดประสิทธิภาพไฟฟ้าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 10 องศาเซลเซียสถึง 45 องศาเซลเซียส และการวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของเซลล์เต็มที่อุณหภูมิต่างกัน ตลอดจนการวัดเซลล์ครึ่งหนึ่งของเซลล์ที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส

นอกจากนี้ เรายังตรวจสอบอิทธิพลของอุณหภูมิและ SOC ต่อทั้งความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง (R DC) และสเปกโตรสโคปีอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมีแบบกัลวาโนสแตติก (GEIS)” รายงานระบุ “เพื่อตรวจสอบความจุที่ใช้ได้ พลังงานที่ใช้ได้ และประสิทธิภาพพลังงานภายใต้เงื่อนไขไดนามิก เราได้ดำเนินการทดสอบความสามารถของอัตราโดยใช้โหลดเรทที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน”

นักวิจัยได้วัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่มีแคโทดนิกเกิล-แมงกานีส-เหล็ก และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีแคโทด LFP ทั้งสามแบบแสดงฮิสเทอรีซิสของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะแตกต่างกันระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

“ที่น่าสนใจคือ สำหรับ SIB ฮิสเทอรีซิสเกิดขึ้นเป็นหลักที่ SOC ต่ำ ซึ่งตามการวัดครึ่งเซลล์ อาจเป็นเพราะมีคาร์บอนแอโนดแข็ง” นักวิชาการเน้นย้ำ “R DC และอิมพีแดนซ์ของ LIB แสดงให้เห็นถึงการพึ่งพา SOC เพียงเล็กน้อย ในทางตรงกันข้าม สำหรับ SIB R DC และอิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่ SOC ต่ำกว่า 30% ในขณะที่ SOC ที่สูงขึ้นจะมีผลตรงกันข้ามและนำไปสู่ค่า R DC และอิมพีแดนซ์ที่ต่ำลง”

นอกจากนี้ พวกเขายังระบุด้วยว่าความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของ R_DC และอิมพีแดนซ์นั้นสูงกว่าสำหรับ SIB เมื่อเทียบกับ LIB “การทดสอบ LIB ไม่แสดงให้เห็นอิทธิพลที่สำคัญของ SOC ต่อประสิทธิภาพการทำงานแบบไปกลับ ในทางตรงกันข้าม การหมุนเวียน SIB จาก SOC 50% เป็น 100% สามารถลดการสูญเสียประสิทธิภาพได้มากกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับการหมุนเวียนจาก 0% เป็น 50%” พวกเขาอธิบายเพิ่มเติม โดยสังเกตว่าประสิทธิภาพของ SIB เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อหมุนเวียนเซลล์ในช่วง SOC ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับช่วง SOC ที่ต่ำกว่า