חוקרים מה-האוניברסיטה הטכנית של מינכן(TUM) ו-אוניברסיטת RWTH AACHENבגרמניה השוו את הביצועים החשמליים של סוללות נתרן-יון בעלות אנרגיה גבוהה (SIB) לזו של סוללת ליתיום-יון חדישה-אנרגיה גבוהה (LIBS) עם קתודה ליתיום-ברזל-פוספט (LFP).

הצוות מצא כי המטען והטמפרטורה משפיעים יותר על התנגדות הדופק ועל עכבה של ה- SIB מאשר ה- LIBs, מה שעשוי להשפיע על בחירות תכנון ומציע ש- SIBs עשויים לדרוש מערכות טמפרטורה וניהול טעינה מתוחכמות יותר כדי לייעל את הביצועים, במיוחד ברמות מטען נמוכות יותר.

• כדי להסביר עוד יותר את התנגדות הדופק: המונח מתייחס לכמה מתח סוללה יורד כאשר מיושם דרישת חשמל פתאומית. לפיכך, המחקר מצביע על כך שסוללות נתרן-יון מושפעות יותר מרמת המטען והטמפרטורה מאשר סוללות ליתיום-יון.

מֶחקָר:

"סוללות נתרן-יון [SIB] נתפסות בדרך כלל כתחליף ירידה ל- LIBs", הצהירו המדענים. "עם זאת, ההבדלים בהתנהגות האלקטרוכימית של נתרן וליתיום דורשים התאמות הן על האנודה והן על הקתודה. ואילו עבור סוללות ליתיום-יון [LIBS] בדרך כלל גרפיט משמש כחומר אנודה, עבור SIBS פחמן קשה נתפס כיום כחומר המבטיח ביותר עבור SIB."

הם גם הסבירו כי עבודתם נועדה למלא פער במחקר, מכיוון שעדיין קיים חוסר ידע על ההתנהגות החשמלית של SIBs מבחינת הטמפרטורות המשתנות ומטענים (SOCS).

צוות המחקר ערך, בפרט, מדידות ביצועים חשמליים בטמפרטורות שנעו בין 10 מעלות צלזיוס ל 45 מעלות צלזיוס ומדידות מתח במעגל פתוח של התא המלא בטמפרטורות שונות כמו גם מדידות של חצי תאים של התאים המתאימים ב 25 C.

"יתר על כן, חקרנו את השפעת הטמפרטורה וה- SOC הן על התנגדות זרם ישירה (R DC) והן בספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית גלוונוסטטית (GEIS)", ציין. "כדי לבחון את היכולת השימושית, האנרגיה השימושית ויעילות האנרגיה בתנאים דינמיים, ביצענו בדיקות יכולת קצב על ידי יישום שיעורי עומס שונים בטמפרטורות שונות."

החוקרים מדדו סוללת ליתיום-יון, סוללת נתרן-יון עם קתודה ברזל ניקל-מנגני וסוללת ליתיום-יון עם קתודה LFP. שלושתם הראו היסטריזה של מתח, כלומר מתח המעגל הפתוח שלהם היה שונה בין טעינה לפירוק.

"מעניין לציין כי עבור SIBS, ההיסטריה מתרחשת בעיקר ב- SOCs נמוכים, שהיא, על פי מדידות חצי תאים, ככל הנראה בגלל האנודה הפחמן הקשה", הדגישו האקדמאים. "ה- R DC והעכבה של ה- LIB מראים מעט מאוד תלות ב- SOC. לעומת זאת, עבור SIBs, ה- R DC והעכבה גדלים באופן משמעותי ב- SOCS מתחת ל -30%, ואילו SOCs גבוהים יותר משפיעים הפוכים ומובילים לערכי R DC נמוכים יותר."

יתר על כן, הם הבינו כי תלות הטמפרטורה של R_DC והעכבה גבוהה יותר עבור SIB מאשר LIBs. "בדיקות ה- LIB אינן מראות השפעה משמעותית של ה- SOC על היעילות הלוך ושוב. לעומת זאת, רכיבה על אופניים של ה- SIB בין 50% ל- 100% SOC יכולה להפחית את הפסדי היעילות ביותר ממחציתם בהשוואה לרכיבה על אופניים מ- 0% ל- 50%", הם הסבירו עוד יותר, והציינו כי היעילות של SIBS גדלה בצורה דרסטית כאשר מחזור על אופניים של התאים בטווח SOC גבוה יותר.