Pesquisadores daUniversidade Técnica de Munique(TUM) eUniversidade RWTH AachenNa Alemanha, compararam o desempenho elétrico de baterias de íon-sódio de alta energia (SIBs) com o de uma bateria de íon-lítio de alta energia (LIBs) de última geração com um cátodo de fosfato de ferro-lítio (LFP).

A equipe descobriu que o estado de carga e a temperatura têm uma influência maior na resistência de pulso e na impedância das baterias de íon-sódio (SIBs) do que nas baterias de íon-lítio (LIBs), o que pode influenciar as escolhas de projeto e sugere que as SIBs podem exigir sistemas de gerenciamento de temperatura e carga mais sofisticados para otimizar o desempenho, especialmente em níveis de carga mais baixos.

• Para explicar melhor a resistência de pulso: o termo se refere à queda de tensão da bateria quando há uma demanda repentina de energia. Portanto, a pesquisa indica que as baterias de íon-sódio são mais afetadas pelo nível de carga e pela temperatura do que as baterias de íon-lítio.

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“As baterias de íon-sódio (SIBs) são geralmente vistas como uma substituição direta para as baterias de íon-lítio (LIBs)”, afirmaram os cientistas. “No entanto, as diferenças no comportamento eletroquímico do sódio e do lítio exigem adaptações tanto no ânodo quanto no cátodo. Enquanto para as baterias de íon-lítio (LIBs) o grafite é geralmente usado como material anódico, para as SIBs o carbono duro é atualmente considerado o material mais promissor.”

Eles também explicaram que seu trabalho visava preencher uma lacuna na pesquisa, já que ainda há falta de conhecimento sobre o comportamento elétrico das baterias de íon-sódio em termos de variação de temperatura e estado de carga (SOC).

A equipe de pesquisa realizou, em particular, medições de desempenho elétrico em temperaturas que variam de 10 graus Celsius a 45 graus Celsius e medições de tensão de circuito aberto da célula completa em diferentes temperaturas, bem como medições de meia-célula das células correspondentes a 25 graus Celsius.

“Além disso, investigamos a influência da temperatura e do SOC (estado de carga) na resistência à corrente contínua (R_DC) e na espectroscopia de impedância eletroquímica galvanostática (GEIS)”, especificou o relatório. “Para examinar a capacidade utilizável, a energia utilizável e a eficiência energética em condições dinâmicas, realizamos testes de capacidade de taxa aplicando diferentes taxas de carga em diferentes temperaturas.”

Os pesquisadores mediram uma bateria de íon-lítio, uma bateria de íon-sódio com cátodo de níquel-manganês-ferro e uma bateria de íon-lítio com cátodo de LFP. Todas as três apresentaram histerese de tensão, o que significa que sua tensão de circuito aberto diferiu entre o carregamento e a descarga.

“Curiosamente, para as baterias de íon-sódio (SIBs), a histerese ocorre principalmente em baixos estados de carga (SOCs), o que, de acordo com medições em meia-célula, provavelmente se deve ao ânodo de carbono duro”, enfatizaram os acadêmicos. “A resistência CC (RDC) e a impedância das baterias de íon-lítio (LIBs) mostram pouca dependência do SOC. Em contraste, para as SIBs, a RDC e a impedância aumentam significativamente em SOCs abaixo de 30%, enquanto SOCs mais altos têm o efeito oposto e levam a valores menores de RDC e impedância.”

Além disso, constataram que a dependência da resistência CC (R_DC) e da impedância em relação à temperatura é maior para baterias de íon-sódio (SIBs) do que para baterias de íon-lítio (LIBs). "Os testes com LIBs não mostram uma influência significativa do estado de carga (SOC) na eficiência de ida e volta. Em contrapartida, a ciclagem das SIBs de 50% a 100% de SOC pode reduzir as perdas de eficiência em mais da metade em comparação com a ciclagem de 0% a 50%", explicaram ainda, observando que a eficiência das SIBs aumenta drasticamente quando as células são cicladas em uma faixa de SOC mais alta em comparação com uma faixa de SOC mais baixa.