Forskere fraTeknisk universitet i München(Tum) ogRwth Aachen UniversityI Tyskland har sammenlignet den elektriske ydeevne af højenergi-natrium-ion-batterier (SIB'er) med en avanceret højenergi-lithium-ion-batteri (LIBS) med et lithium-jern-phosphat (LFP) katode.

Holdet fandt, at stat-af-ladning og temperatur har en højere indflydelse på pulsmodstanden og impedansen af ​​SIBS end LIBS, hvilket kan påvirke designvalg og antyder, at SIB'er kan kræve mere sofistikerede temperatur- og ladningsstyringssystemer for at optimere ydelsen, især ved lavere ladningsniveauer.

• For at forklare pulsmodstand yderligere: Udtrykket henviser til, hvor meget en batterispænding falder, når der anvendes en pludselig strømbehov. Derfor indikerer forskningen, at natrium-ion-batterier er mere påvirket af ladningsniveau og temperatur end lithium-ion-batterier.

Forskning:

”Natrium-ion-batterier [SIBS] ses generelt som en drop-in-erstatning for LIBS,” sagde forskerne. ”Ikke desto mindre kræver forskellene i den elektrokemiske opførsel af natrium og lithium tilpasninger på både anoden og katoden. Mens for lithium-ion-batterier [libs] normalt bruges grafit som anodemateriale, ses til SIBS hårdt kulstof i øjeblikket som det mest lovende materiale til SIB'er.”

De forklarede også, at deres arbejde var beregnet til at udfylde et hul i forskningen, da der stadig er en mangel på viden om SIBs elektriske opførsel med hensyn til forskellige temperaturer og stats-charge (SOCS).

Forskningsteamet udførte især elektriske ydelsesmålinger ved temperaturer, der spænder fra 10 grader C til 45 grader C og åben kredsløbsspændingsmålinger af fuldcellen ved forskellige temperaturer såvel som halvcellemålinger af de tilsvarende celler ved 25 C.

”Desuden undersøgte vi påvirkningen af ​​temperatur og SOC på både jævnstrøms resistens (R DC) og galvanostatisk elektrokemisk impedansspektroskopi (GEIS),” specificerede den. "For at undersøge den anvendelige kapacitet, brugbar energi og energieffektivitet under dynamiske forhold, udførte vi hastighedskapacitetstest ved at anvende forskellige belastningshastigheder ved forskellige temperaturer."

Forskerne målte et lithium-ion-batteri, et natrium-ion-batteri med en nikkel-manganisk-jernkatode og et lithium-ion-batteri med en LFP-katode. Alle tre viste spændingshysterese, hvilket betyder, at deres åbne kredsløbsspænding var forskellig mellem opladning og udledning.

”Interessant nok for SIBS forekommer hysteresen primært ved lave SOC'er, hvilket er ifølge halvcellemålinger, sandsynligvis på grund af den hårde kulstofanode,” understregede akademikerne. "R DC og impedans af LIB viser meget lidt afhængighed af SOC. I modsætning hertil stiger R DC og impedans for SIB'er markant ved SOC'er under 30%, mens højere SOC'er har den modsatte virkning og fører til lavere R DC og impedansværdier."

Desuden konstaterede de, at temperaturafhængigheden af ​​R_DC og impedans er højere for SIB'er end LIBS. "Lib-testene viser ikke en betydelig indflydelse af SOC på rund-retur-effektiviteten. I modsætning hertil kan cykling af SIB'erne fra 50% til 100% SOC reducere effektivitetstabene med mere end halvdelen sammenlignet med at cykle fra 0% til 50%," forklarede de yderligere, hvilket bemærkede, at effektiviteten af ​​SIBs vokser drastisk, når de cykler cellerne i en højere SOC-rækkevidde sammenlignet med en lavere SOC-rækkevidde.