研究者たちはミュンヘン工科大学（TUM）とアーヘン工科大学ドイツでは、高エネルギーナトリウムイオン電池（SIB）の電気的性能を、リン酸鉄リチウム（LFP）正極を備えた最先端の高エネルギーリチウムイオン電池（LIB）の電気的性能と比較した。

研究チームは、充電状態と温度がリチウムイオン電池（LIB）よりもナトリウムイオン電池（SIB）のパルス抵抗とインピーダンスに大きな影響を与えることを発見した。これは設計上の選択に影響を与える可能性があり、特に低充電レベルにおいて、SIBの性能を最適化するためには、より高度な温度および充電管理システムが必要になる可能性があることを示唆している。

• パルス抵抗についてさらに詳しく説明すると、この用語は、急激な電力需要が発生した際にバッテリー電圧がどれだけ低下するかを示すものです。したがって、この研究は、ナトリウムイオン電池はリチウムイオン電池よりも充電レベルと温度の影響を受けやすいことを示しています。

研究：

「ナトリウムイオン電池（SIB）は一般的にリチウムイオン電池（LIB）の代替品として考えられています」と研究者らは述べています。「しかしながら、ナトリウムとリチウムの電気化学的挙動の違いから、負極と正極の両方に調整が必要となります。リチウムイオン電池（LIB）では通常、負極材料としてグラファイトが使用されますが、SIBでは現在、ハードカーボンが最も有望な材料とされています。」

彼らはまた、温度や充電状態（SOC）の変化に伴うナトリウムイオン電池（SIB）の電気的挙動に関する知識がまだ不足しているため、今回の研究は研究上のギャップを埋めることを目的としていると説明した。

研究チームは特に、10℃から45℃までの温度範囲における電気的性能測定、異なる温度におけるフルセルの開放電圧測定、および対応するセルの25℃におけるハーフセル測定を実施した。

「さらに、直流抵抗（R DC）と定電流電気化学インピーダンス分光法（GEIS）の両方に対する温度とSOCの影響を調査しました」と明記されています。「動的条件下での使用可能容量、使用可能エネルギー、およびエネルギー効率を調べるために、異なる温度で異なる負荷率を適用してレート性能試験を実施しました。」

研究者らは、リチウムイオン電池、ニッケルマンガン鉄正極を用いたナトリウムイオン電池、およびリン酸鉄リチウム正極を用いたリチウムイオン電池を測定した。3種類すべてにおいて電圧ヒステリシスが観察され、これは充電時と放電時で開回路電圧が異なることを意味する。

「興味深いことに、SIB（ナトリウムイオン電池）の場合、ヒステリシスは主に低いSOC（充電状態）で発生しており、ハーフセル測定によると、これはおそらくハードカーボン負極に起因するものです」と研究者らは強調した。「LIB（リチウムイオン電池）のR DCとインピーダンスはSOCにほとんど依存しません。対照的に、SIBでは、SOCが30%未満の場合、R DCとインピーダンスは著しく増加しますが、SOCが高くなると逆の効果が現れ、R DCとインピーダンスの値は低下します。」

さらに、R_DCとインピーダンスの温度依存性は、LIBよりもSIBの方が高いことを確認した。「LIBのテストでは、SOCが往復効率に大きな影響を与えないことが示されています。対照的に、SIBを50%から100%のSOCでサイクルさせると、0%から50%でサイクルさせる場合と比較して、効率損失を半分以下に減らすことができます」と彼らはさらに説明し、SIBの効率は、低いSOC範囲と比較して、高いSOC範囲でセルをサイクルさせたときに大幅に向上すると指摘した。