AraştırmacılarMünih Teknik Üniversitesi(TUM) veRWTH Aachen ÜniversitesiAlmanya'da yapılan bir çalışmada, yüksek enerjili sodyum iyon pillerinin (SIB) elektriksel performansı, lityum demir fosfat (LFP) katotlu, son teknoloji ürünü yüksek enerjili lityum iyon pillerinin (LIB) performansıyla karşılaştırılmıştır.

Ekip, şarj durumu ve sıcaklığın, lityum iyon pillerine kıyasla sodyum iyon pillerinin darbe direnci ve empedansı üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olduğunu buldu; bu da tasarım tercihlerini etkileyebilir ve özellikle düşük şarj seviyelerinde performansı optimize etmek için sodyum iyon pillerinin daha gelişmiş sıcaklık ve şarj yönetim sistemlerine ihtiyaç duyabileceğini düşündürmektedir.

• Darbe direncini daha ayrıntılı açıklamak gerekirse: bu terim, ani bir güç talebi uygulandığında pil voltajının ne kadar düştüğünü ifade eder. Bu nedenle, araştırmalar sodyum iyon pillerin lityum iyon pillere göre şarj seviyesinden ve sıcaklıktan daha fazla etkilendiğini göstermektedir.

Araştırma:

Bilim insanları, “Sodyum iyon piller (SIB'ler) genellikle lityum iyon pillerin (LIB'ler) doğrudan yerine geçebilecek bir alternatif olarak görülüyor” diye belirtti. “Bununla birlikte, sodyum ve lityumun elektrokimyasal davranışlarındaki farklılıklar hem anot hem de katotta uyarlamalar gerektiriyor. Lityum iyon pillerde (LIB'ler) genellikle grafit anot malzemesi olarak kullanılırken, SIB'ler için sert karbon şu anda en umut vadeden malzeme olarak görülüyor.”

Ayrıca çalışmalarının, SIB'lerin değişen sıcaklıklar ve şarj durumları (SOC'ler) açısından elektriksel davranışları hakkında hala bilgi eksikliği bulunduğundan, araştırmadaki bir boşluğu doldurmayı amaçladığını açıkladılar.

Araştırma ekibi, özellikle 10°C ile 45°C arasında değişen sıcaklıklarda elektriksel performans ölçümleri ve farklı sıcaklıklarda tam hücrenin açık devre voltajı ölçümlerinin yanı sıra, ilgili hücrelerin 25°C'deki yarım hücre ölçümlerini gerçekleştirdi.

Açıklamada ayrıca, "Sıcaklığın ve SOC'nin hem doğru akım direnci (R DC) hem de galvanostatik elektrokimyasal empedans spektroskopisi (GEIS) üzerindeki etkisini araştırdık" denildi. "Dinamik koşullar altında kullanılabilir kapasiteyi, kullanılabilir enerjiyi ve enerji verimliliğini incelemek için, farklı sıcaklıklarda farklı yük oranları uygulayarak hız kapasitesi testleri gerçekleştirdik."

Araştırmacılar lityum iyon pil, nikel-manganez-demir katotlu sodyum iyon pil ve LFP katotlu lityum iyon pil ölçtüler. Her üç pil de voltaj histerezisi gösterdi; yani açık devre voltajları şarj ve deşarj arasında farklılık gösterdi.

Akademisyenler, "İlginç bir şekilde, SIB'ler için histerezis esas olarak düşük SOC'lerde meydana geliyor ve bu, yarı hücre ölçümlerine göre, muhtemelen sert karbon anottan kaynaklanıyor" diye vurguladı. "LIB'lerin R DC ve empedansı, SOC'ye çok az bağımlılık gösteriyor. Buna karşılık, SIB'ler için R DC ve empedans, %30'un altındaki SOC'lerde önemli ölçüde artarken, daha yüksek SOC'ler ters etki yaratıyor ve daha düşük R DC ve empedans değerlerine yol açıyor."

Ayrıca, SIB'ler için R_DC ve empedansın sıcaklık bağımlılığının LIB'lere göre daha yüksek olduğunu tespit ettiler. "LIB testleri, SOC'nin gidiş-dönüş verimliliği üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermektedir. Buna karşılık, SIB'leri %50'den %100'e kadar SOC aralığında çalıştırmak, %0'dan %50'ye kadar çalıştırmaya kıyasla verimlilik kayıplarını yarıdan fazla azaltabilir," diye açıkladılar ve hücrelerin daha yüksek bir SOC aralığında çalıştırılmasının, daha düşük bir SOC aralığına kıyasla SIB'lerin verimliliğini önemli ölçüde artırdığını belirttiler.