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

ทีมงานพบว่าสถานะการชาร์จและอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อความต้านทานพัลส์และอิมพีแดนซ์ของ SIB มากกว่า LIB ซึ่งอาจส่งผลต่อการเลือกการออกแบบ และชี้ให้เห็นว่า SIB อาจต้องใช้ระบบการจัดการอุณหภูมิและการชาร์จที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน โดยเฉพาะที่ระดับการชาร์จที่ต่ำกว่า

• เพื่ออธิบายความต้านทานพัลส์ให้ละเอียดยิ่งขึ้น คำนี้หมายถึงระดับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ลดลงเมื่อมีความต้องการพลังงานอย่างกะทันหัน ดังนั้น งานวิจัยจึงชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้รับผลกระทบจากระดับประจุและอุณหภูมิมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

วิจัย:

“โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่โซเดียมไอออน [SIB] มักถูกมองว่าเป็นแบตเตอรี่ทดแทน LIB” นักวิทยาศาสตร์กล่าว “อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างในพฤติกรรมทางเคมีไฟฟ้าของโซเดียมและลิเธียมจำเป็นต้องได้รับการดัดแปลงทั้งขั้วบวกและขั้วลบ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน [LIB] มักใช้กราไฟต์เป็นวัสดุขั้วบวก แต่สำหรับ SIB คาร์บอนแข็งถือเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับ SIB”

พวกเขายังอธิบายด้วยว่างานของพวกเขามีจุดประสงค์เพื่อเติมเต็มช่องว่างในการวิจัย เนื่องจากยังขาดความรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมทางไฟฟ้าของ SIB ในแง่ของอุณหภูมิและสถานะประจุ (SOC) ที่เปลี่ยนแปลงไป

ทีมวิจัยได้ดำเนินการโดยเฉพาะอย่างยิ่งการวัดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่อุณหภูมิตั้งแต่ 10 องศาเซลเซียสถึง 45 องศาเซลเซียส และการวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของเซลล์เต็มที่อุณหภูมิต่างกัน ตลอดจนการวัดเซลล์ครึ่งเซลล์ของเซลล์ที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส

นอกจากนี้ เรายังศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิและ SOC ที่มีต่อทั้งความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรง (R DC) และสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมีกัลวาโนสแตติก (GEIS)” รายงานระบุ “เพื่อตรวจสอบความจุที่ใช้ได้ พลังงานที่ใช้ได้ และประสิทธิภาพพลังงานภายใต้สภาวะไดนามิก เราได้ทำการทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนักโดยใช้อัตราโหลดที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน”

นักวิจัยได้วัดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่มีแคโทดนิกเกิล-แมงกานีส-เหล็ก และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีแคโทด LFP ทั้งสามแบบแสดงค่าฮิสเทอรีซิสของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดมีความแตกต่างกันระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

“ที่น่าสนใจคือ สำหรับ SIB ฮิสเทอรีซิสส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ค่า SOC ต่ำ ซึ่งจากการวัดแบบครึ่งเซลล์ คาดว่าน่าจะเกิดจากขั้วบวกคาร์บอนแข็ง” นักวิชาการเน้นย้ำ “ค่า R DC และอิมพีแดนซ์ของ LIB แทบไม่สัมพันธ์กับ SOC เลย ในทางตรงกันข้าม สำหรับ SIB ค่า R DC และอิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่ค่า SOC ต่ำกว่า 30% ในขณะที่ค่า SOC ที่สูงขึ้นจะมีผลตรงกันข้ามและนำไปสู่ค่า R DC และอิมพีแดนซ์ที่ต่ำลง”

ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังพบว่า SIB มีความสัมพันธ์ทางอุณหภูมิกับ R_DC และอิมพีแดนซ์สูงกว่า LIB “การทดสอบ LIB แสดงให้เห็นว่า SOC ไม่ได้มีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานแบบไปกลับ ในทางตรงกันข้าม การวนรอบ SIB จาก SOC 50% เป็น 100% สามารถลดการสูญเสียประสิทธิภาพได้มากกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับการวนรอบจาก 0% เป็น 50%” พวกเขาอธิบายเพิ่มเติม พร้อมระบุว่าประสิทธิภาพของ SIB จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อวนรอบเซลล์ในช่วง SOC ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับช่วง SOC ที่ต่ำกว่า