นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก(TUM) และมหาวิทยาลัย RWTH Aachenในประเทศเยอรมนี มีการเปรียบเทียบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนพลังงานสูง (SIBs) กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานสูง (LIBs) ที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งใช้แคโทดเป็นลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP)

ทีมวิจัยพบว่า ระดับประจุและอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อความต้านทานพัลส์และอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIB) มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) ซึ่งอาจส่งผลต่อการเลือกใช้ในการออกแบบ และชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนอาจต้องการระบบจัดการอุณหภูมิและประจุที่ซับซ้อนกว่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับประจุต่ำ

• เพื่ออธิบายความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันให้ชัดเจนยิ่งขึ้น: คำนี้หมายถึงปริมาณแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ลดลงเมื่อมีการใช้กำลังไฟอย่างกะทันหัน ดังนั้น งานวิจัยจึงชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้รับผลกระทบจากระดับประจุและอุณหภูมิมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

วิจัย:

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า “โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIBs) ถือเป็นตัวเลือกทดแทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIBs) ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างในพฤติกรรมทางเคมีไฟฟ้าของโซเดียมและลิเธียมทำให้จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนทั้งในส่วนของขั้วบวกและขั้วลบ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIBs) มักใช้กราไฟต์เป็นวัสดุขั้วบวก แต่สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนนั้น ปัจจุบันคาร์บอนแข็งถือเป็นวัสดุที่มีศักยภาพมากที่สุด”

นอกจากนี้ พวกเขายังอธิบายว่างานวิจัยของพวกเขามีจุดประสงค์เพื่อเติมเต็มช่องว่างในการวิจัย เนื่องจากยังคงขาดความรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนในแง่ของอุณหภูมิและสถานะการชาร์จ (SOC) ที่เปลี่ยนแปลงไป

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทีมวิจัยได้ทำการวัดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 10 องศาเซลเซียสถึง 45 องศาเซลเซียส และวัดแรงดันไฟฟ้าวงเปิดของเซลล์แบบเต็มที่อุณหภูมิต่างๆ รวมถึงการวัดเซลล์แบบครึ่งเซลล์ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสด้วย

“นอกจากนี้ เรายังได้ตรวจสอบอิทธิพลของอุณหภูมิและสถานะการชาร์จ (SOC) ต่อทั้งความต้านทานกระแสตรง (R DC) และสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ทางเคมีไฟฟ้าแบบกัลวาโนสแตติก (GEIS)” รายงานระบุ “เพื่อตรวจสอบความจุที่ใช้งานได้ พลังงานที่ใช้งานได้ และประสิทธิภาพการใช้พลังงานภายใต้สภาวะไดนามิก เราได้ทำการทดสอบความสามารถในการรับโหลดโดยใช้โหลดอัตราต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างๆ”

นักวิจัยได้ทำการวัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่มีแคโทดเป็นนิกเกล-แมงกานีส-เหล็ก และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีแคโทดเป็น LFP ผลปรากฏว่าแบตเตอรี่ทั้งสามชนิดแสดงปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าวงเปิดของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

“ที่น่าสนใจคือ สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIB) ปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ระดับประจุต่ำ (SOC) ซึ่งจากการวัดค่าครึ่งเซลล์ พบว่าน่าจะเป็นผลมาจากขั้วบวกคาร์บอนที่แข็ง” นักวิชาการเน้นย้ำ “ค่าความต้านทานกระแสตรง (R DC) และค่าอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) แสดงให้เห็นว่ามีความขึ้นอยู่กับระดับประจุ (SOC) น้อยมาก ในทางตรงกันข้าม สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIB) ค่า R DC และค่าอิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับประจุ (SOC) ต่ำกว่า 30% ในขณะที่ระดับประจุ (SOC) ที่สูงกว่าจะมีผลตรงกันข้ามและนำไปสู่ค่า R DC และค่าอิมพีแดนซ์ที่ต่ำลง”

นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่าการพึ่งพาอุณหภูมิของ R_DC และอิมพีแดนซ์นั้นสูงกว่าสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (SIB) เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) “การทดสอบ LIB ไม่แสดงให้เห็นถึงอิทธิพลที่สำคัญของ SOC ต่อประสิทธิภาพการชาร์จและคายประจุ ในทางตรงกันข้าม การชาร์จและคายประจุ SIB จาก 50% ถึง 100% สามารถลดการสูญเสียประสิทธิภาพลงได้มากกว่าครึ่ง เมื่อเทียบกับการชาร์จและคายประจุจาก 0% ถึง 50%” พวกเขาอธิบายเพิ่มเติม โดยระบุว่าประสิทธิภาพของ SIB เพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อชาร์จและคายประจุในช่วง SOC ที่สูงกว่า เมื่อเทียบกับช่วง SOC ที่ต่ำกว่า