Дослідники зТехнічний університет Мюнхена(ТУМ) таУніверситет Рейнсько-Вест-Таймс АахенаУ Німеччині порівняли електричні характеристики високоенергетичних натрій-іонних акумуляторів (SIB) з характеристиками сучасних високоенергетичних літій-іонних акумуляторів (LIB) з літій-залізо-фосфатним (LFP) катодом.

Команда виявила, що стан заряду та температура мають більший вплив на імпульсний опір та імпеданс SIB, ніж LIB, що може впливати на вибір конструкції та свідчить про те, що SIB можуть вимагати більш складних систем управління температурою та зарядом для оптимізації продуктивності, особливо за нижчих рівнів заряду.

• Щоб детальніше пояснити імпульсний опір: цей термін стосується того, наскільки падає напруга акумулятора при раптовому подачі потужності. Таким чином, дослідження показують, що натрій-іонні акумулятори більше впливають рівень заряду та температура, ніж літій-іонні.

Дослідження:

«Натрій-іонні батареї [SIB] зазвичай розглядаються як коротка заміна LIB», – заявили вчені. «Тим не менш, відмінності в електрохімічній поведінці натрію та літію вимагають адаптації як анода, так і катода. Хоча для літій-іонних батарей [LIB] зазвичай графіт використовується як анодний матеріал, для SIB твердий вуглець наразі вважається найперспективнішим матеріалом для SIB».

Вони також пояснили, що їхня робота мала на меті заповнити прогалину в дослідженнях, оскільки досі бракує знань про електричну поведінку SIB з точки зору різних температур і станів заряду (SOC).

Дослідницька група провела, зокрема, вимірювання електричних характеристик за температур від 10°C до 45°C та вимірювання напруги холостого ходу повного елемента за різних температур, а також вимірювання напівелементів відповідних елементів за 25°C.

«Крім того, ми досліджували вплив температури та стану заряду (SOC) як на опір постійному струму (R DC), так і на гальваностатичну електрохімічну імпедансну спектроскопію (GEIS), – уточнюється в повідомленні. – Щоб дослідити корисну ємність, корисну енергію та енергоефективність у динамічних умовах, ми провели випробування на швидкість передачі, застосовуючи різні швидкості навантаження за різних температур».

Дослідники виміряли літій-іонний акумулятор, натрій-іонний акумулятор з нікель-марганцево-залізним катодом та літій-іонний акумулятор з LFP-катодом. Усі три показали гістерезис напруги, тобто напруга холостого ходу відрізнялася між зарядкою та розрядкою.

«Цікаво, що для SIB гістерезис переважно виникає при низьких значеннях SOC, що, згідно з вимірюваннями напівелементів, ймовірно, пов'язано з твердим вуглецевим анодом», – наголосили науковці. «R DC та імпеданс LIB дуже мало залежать від SOC. Навпаки, для SIB R DC та імпеданс значно зростають при SOC нижче 30%, тоді як вищі значення SOC мають протилежний ефект і призводять до нижчих значень R DC та імпедансу».

Більше того, вони встановили, що температурна залежність R_DC та імпедансу вища для SIB, ніж для LIB. «Випробування LIB не показують значного впливу стану заряду (SOC) на ефективність повного циклу. Навпаки, циклічне перемикання SIB з 50% до 100% SOC може зменшити втрати ефективності більш ніж вдвічі порівняно з циклічною зміною від 0% до 50%», – пояснили вони далі, зазначивши, що ефективність SIB різко зростає при циклічному перемиканні елементів у вищому діапазоні SOC порівняно з нижчим діапазоном SOC.