I ricercatori delUniversità Tecnica di Monaco(TUM) eUniversità RWTH di AquisgranaIn Germania, alcuni ricercatori hanno confrontato le prestazioni elettriche delle batterie agli ioni di sodio ad alta energia (SIB) con quelle di una batteria agli ioni di litio ad alta energia all'avanguardia (LIB) con catodo al litio-ferro-fosfato (LFP).

Il team ha scoperto che lo stato di carica e la temperatura hanno un'influenza maggiore sulla resistenza impulsiva e sull'impedenza delle batterie agli ioni di sodio (SIB) rispetto a quelle agli ioni di litio (LIB), il che potrebbe influenzare le scelte di progettazione e suggerisce che le SIB potrebbero richiedere sistemi di gestione della temperatura e della carica più sofisticati per ottimizzare le prestazioni, soprattutto a bassi livelli di carica.

• Per spiegare ulteriormente la resistenza impulsiva: il termine si riferisce alla diminuzione della tensione di una batteria in seguito a un'improvvisa richiesta di potenza. Pertanto, la ricerca indica che le batterie agli ioni di sodio sono più influenzate dal livello di carica e dalla temperatura rispetto alle batterie agli ioni di litio.

Ricerca:

"Le batterie agli ioni di sodio (SIB) sono generalmente considerate un sostituto diretto delle batterie agli ioni di litio (LIB)", hanno affermato gli scienziati. "Tuttavia, le differenze nel comportamento elettrochimico del sodio e del litio richiedono adattamenti sia per l'anodo che per il catodo. Mentre per le batterie agli ioni di litio (LIB) si utilizza solitamente la grafite come materiale anodico, per le SIB il carbonio duro è attualmente considerato il materiale più promettente."

Hanno inoltre spiegato che il loro lavoro mirava a colmare una lacuna nella ricerca, poiché mancano ancora conoscenze sul comportamento elettrico delle batterie agli ioni di sodio (SIB) in funzione della temperatura e dello stato di carica (SOC).

Il team di ricerca ha condotto, in particolare, misurazioni delle prestazioni elettriche a temperature comprese tra 10 °C e 45 °C e misurazioni della tensione a circuito aperto della cella completa a diverse temperature, nonché misurazioni di semicelle delle celle corrispondenti a 25 °C.

"Inoltre, abbiamo studiato l'influenza della temperatura e dello stato di carica (SOC) sia sulla resistenza in corrente continua (R DC) che sulla spettroscopia di impedenza elettrochimica galvanostatica (GEIS)", si legge nel documento. "Per esaminare la capacità utilizzabile, l'energia utilizzabile e l'efficienza energetica in condizioni dinamiche, abbiamo eseguito test di capacità di carica applicando diverse velocità di carico a diverse temperature."

I ricercatori hanno misurato una batteria agli ioni di litio, una batteria agli ioni di sodio con catodo in nichel-manganese-ferro e una batteria agli ioni di litio con catodo in LFP. Tutte e tre hanno mostrato isteresi di tensione, ovvero la loro tensione a circuito aperto differiva tra la fase di carica e quella di scarica.

"È interessante notare che, per le batterie agli ioni di sodio (SIB), l'isteresi si verifica principalmente a bassi livelli di carica (SOC), il che, secondo le misurazioni su semicelle, è probabilmente dovuto all'anodo in carbonio duro", hanno sottolineato gli accademici. "La resistenza in corrente continua (RDC) e l'impedenza delle batterie agli ioni di litio (LIB) mostrano una dipendenza molto limitata dal SOC. Al contrario, per le SIB, la RDC e l'impedenza aumentano significativamente a livelli di carica inferiori al 30%, mentre livelli di carica più elevati hanno l'effetto opposto e portano a valori di RDC e impedenza inferiori."

Inoltre, hanno accertato che la dipendenza dalla temperatura di R_DC e dell'impedenza è maggiore per le batterie agli ioni di sodio (SIB) rispetto alle batterie agli ioni di litio (LIB). "I test sulle LIB non mostrano un'influenza significativa dello stato di carica (SOC) sull'efficienza di andata e ritorno. Al contrario, il ciclo delle SIB dal 50% al 100% di SOC può ridurre le perdite di efficienza di oltre la metà rispetto al ciclo dallo 0% al 50%", hanno ulteriormente spiegato, notando che l'efficienza delle SIB cresce drasticamente quando si ciclano le celle in un intervallo di SOC più elevato rispetto a un intervallo di SOC inferiore.