Investigadores de laUniversidad Técnica de Múnich(TUM) yUniversidad RWTH AachenEn Alemania se ha comparado el rendimiento eléctrico de las baterías de iones de sodio de alta energía (SIB) con el de una batería de iones de litio de alta energía de última generación (LIB) con un cátodo de fosfato de hierro y litio (LFP).

El equipo descubrió que el estado de carga y la temperatura tienen una mayor influencia en la resistencia al pulso y la impedancia de las SIB que en las LIB, lo que puede influir en las decisiones de diseño y sugiere que las SIB pueden requerir sistemas de gestión de temperatura y carga más sofisticados para optimizar el rendimiento, especialmente a niveles de carga más bajos.

• Para explicar mejor la resistencia al pulso: este término se refiere a la caída de tensión de una batería ante una demanda de energía repentina. Por lo tanto, la investigación indica que las baterías de iones de sodio se ven más afectadas por el nivel de carga y la temperatura que las de iones de litio.

Investigación:

“Las baterías de iones de sodio (BIS) se consideran generalmente un reemplazo directo para las baterías de iones de litio (BIL)”, afirmaron los científicos. “Sin embargo, las diferencias en el comportamiento electroquímico del sodio y el litio requieren adaptaciones tanto en el ánodo como en el cátodo. Mientras que para las baterías de iones de litio (BIL) se suele utilizar grafito como material del ánodo, para las BIS el carbono duro se considera actualmente el material más prometedor”.

También explicaron que su trabajo tenía como objetivo llenar un vacío en la investigación, ya que todavía existe una falta de conocimiento sobre el comportamiento eléctrico de las baterías de iones de sodio (SIB) en términos de temperaturas variables y estados de carga (SOC).

El equipo de investigación realizó, en particular, mediciones del rendimiento eléctrico a temperaturas que oscilaron entre 10 °C y 45 °C y mediciones de voltaje en circuito abierto de la celda completa a diferentes temperaturas, así como mediciones de semicelda de las celdas correspondientes a 25 °C.

“Además, investigamos la influencia de la temperatura y el estado de carga (SOC) tanto en la resistencia de corriente continua (R_DC) como en la espectroscopia de impedancia electroquímica galvanostática (GEIS)”, especificó. “Para examinar la capacidad útil, la energía útil y la eficiencia energética en condiciones dinámicas, realizamos pruebas de capacidad de carga aplicando diferentes tasas de carga a distintas temperaturas”.

Los investigadores midieron una batería de iones de litio, una batería de iones de sodio con un cátodo de níquel-manganeso-hierro y una batería de iones de litio con un cátodo de LFP. Las tres mostraron histéresis de voltaje, lo que significa que su voltaje en circuito abierto difería entre la carga y la descarga.

“Curiosamente, en las baterías de iones de sodio (SIB), la histéresis se produce principalmente a bajos estados de carga (SOC), lo que, según mediciones de semicelda, probablemente se deba al ánodo de carbono duro”, destacaron los académicos. “La resistencia en corriente continua (R_DC) y la impedancia de las baterías de iones de litio (LIB) muestran muy poca dependencia del SOC. En cambio, en las SIB, la R_DC y la impedancia aumentan significativamente a SOC inferiores al 30 %, mientras que a SOC superiores se produce el efecto contrario y disminuyen los valores de R_DC y la impedancia”.

Además, constataron que la dependencia de la temperatura de R_DC y la impedancia es mayor en las baterías de iones de sodio (SIB) que en las de iones de litio (LIB). «Las pruebas de las LIB no muestran una influencia significativa del estado de carga (SOC) en la eficiencia de ida y vuelta. En cambio, al ciclar las SIB del 50 % al 100 % de SOC, las pérdidas de eficiencia pueden reducirse a más de la mitad en comparación con el ciclado del 0 % al 50 %», explicaron, señalando que la eficiencia de las SIB aumenta drásticamente al ciclar las celdas en un rango de SOC más alto que en un rango más bajo.