AraştırmacılarMünih Teknik Üniversitesi(TÜM) veRWTH Aachen ÜniversitesiAlmanya'da yüksek enerjili sodyum iyon pillerin (SIB'ler) elektriksel performansı, lityum-demir-fosfat (LFP) katotlu son teknoloji ürünü yüksek enerjili lityum iyon pillerin (LIB'ler) elektriksel performansıyla karşılaştırıldı.

Ekip, şarj durumu ve sıcaklığın, LIB'lere kıyasla SIB'lerin darbe direnci ve empedansı üzerinde daha fazla etkiye sahip olduğunu buldu. Bu durum, tasarım seçimlerini etkileyebilir ve SIB'lerin özellikle daha düşük şarj seviyelerinde performansı optimize etmek için daha gelişmiş sıcaklık ve şarj yönetim sistemlerine ihtiyaç duyabileceğini öne sürüyor.

• Darbe direncini daha fazla açıklamak gerekirse: terim, ani bir güç talebi uygulandığında bir pil voltajının ne kadar düştüğünü ifade eder. Bu nedenle, araştırma, sodyum iyon pillerin lityum iyon pillere göre şarj seviyesi ve sıcaklıktan daha fazla etkilendiğini göstermektedir.

Araştırma:

Bilim insanları, "Sodyum iyon piller [SIB'ler] genellikle LIB'ler için bir drop-in yedek olarak görülüyor," dedi. "Bununla birlikte, sodyum ve lityumun elektrokimyasal davranışlarındaki farklılıklar hem anot hem de katotta uyarlamalar gerektiriyor. Lityum iyon piller [LIB'ler] için genellikle anot malzemesi olarak grafit kullanılırken, SIB'ler için sert karbon şu anda SIB'ler için en umut verici malzeme olarak görülüyor."

Ayrıca çalışmalarının, SIB'lerin değişen sıcaklık ve şarj durumları (SOC) açısından elektriksel davranışları hakkında hala bilgi eksikliği olması nedeniyle, araştırmadaki bir boşluğu doldurmayı amaçladığını açıkladılar.

Araştırma ekibi, özellikle 10°C ile 45°C arasındaki sıcaklıklarda elektriksel performans ölçümleri ve farklı sıcaklıklarda tam hücrenin açık devre gerilim ölçümleri ile 25°C'de ilgili hücrelerin yarım hücre ölçümlerini gerçekleştirdi.

"Ayrıca, sıcaklığın ve SOC'nin hem doğru akım direnci (R DC) hem de galvanostatik elektrokimyasal empedans spektroskopisi (GEIS) üzerindeki etkisini araştırdık," diye belirtti. "Dinamik koşullar altında kullanılabilir kapasiteyi, kullanılabilir enerjiyi ve enerji verimliliğini incelemek için, farklı sıcaklıklarda farklı yük oranları uygulayarak hız yeteneği testleri gerçekleştirdik."

Araştırmacılar bir lityum iyon pili, nikel-manganez-demir katotlu bir sodyum iyon pili ve LFP katotlu bir lityum iyon pili ölçtüler. Üçü de voltaj histerezisi gösterdi, yani açık devre voltajları şarj ve deşarj arasında farklılık gösterdi.

“İlginçtir ki, SIB'ler için histerezis esas olarak düşük SOC'lerde meydana geliyor ve bu, yarı hücre ölçümlerine göre, muhtemelen sert karbon anottan kaynaklanıyor,” diye vurguladı akademisyenler. “LIB'nin R DC'si ve empedansı SOC'ye çok az bağımlı görünüyor. Buna karşılık, SIB'ler için R DC ve empedans %30'un altındaki SOC'lerde önemli ölçüde artarken, daha yüksek SOC'ler tam tersi etkiye sahip ve daha düşük R DC ve empedans değerlerine yol açıyor.”

Ayrıca, R_DC ve empedansın sıcaklık bağımlılığının SIB'ler için LIB'lerden daha yüksek olduğunu tespit ettiler. "LIB testleri, SOC'nin gidiş-dönüş verimliliği üzerinde önemli bir etkisi olduğunu göstermiyor. Buna karşılık, SIB'leri %50'den %100 SOC'ye çevirmek, %0'dan %50'ye çevirmeye kıyasla verimlilik kayıplarını yarıdan fazla azaltabilir," diye açıkladılar ve SIB'lerin verimliliğinin, hücreleri daha yüksek bir SOC aralığında çevirdiğinde, daha düşük bir SOC aralığına kıyasla önemli ölçüde arttığını belirttiler.