Các nhà nghiên cứu từĐại học Kỹ thuật Munich(TUM) vàĐại học RWTH AachenCác nhà nghiên cứu tại Đức đã so sánh hiệu suất điện của pin ion natri năng lượng cao (SIB) với pin ion liti năng lượng cao tiên tiến nhất hiện nay (LIB) sử dụng cực âm liti-sắt-photphat (LFP).

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng trạng thái sạc và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn hơn đến điện trở xung và trở kháng của pin SIB so với pin LIB, điều này có thể ảnh hưởng đến các lựa chọn thiết kế và cho thấy rằng pin SIB có thể cần các hệ thống quản lý nhiệt độ và sạc phức tạp hơn để tối ưu hóa hiệu suất, đặc biệt là ở mức sạc thấp hơn.

• Để giải thích rõ hơn về điện trở xung: thuật ngữ này đề cập đến mức độ giảm điện áp của pin khi có nhu cầu điện năng đột ngột. Do đó, nghiên cứu chỉ ra rằng pin natri-ion bị ảnh hưởng bởi mức sạc và nhiệt độ nhiều hơn so với pin lithium-ion.

Nghiên cứu:

“Pin ion natri [SIB] thường được coi là giải pháp thay thế trực tiếp cho pin ion lithium [LIB],” các nhà khoa học cho biết. “Tuy nhiên, sự khác biệt trong hành vi điện hóa của natri và lithium đòi hỏi phải có sự điều chỉnh ở cả cực dương và cực âm. Trong khi đối với pin ion lithium [LIB], than chì thường được sử dụng làm vật liệu cực dương, thì đối với SIB, carbon cứng hiện được xem là vật liệu triển vọng nhất.”

Họ cũng giải thích rằng công trình nghiên cứu của họ nhằm mục đích lấp đầy khoảng trống trong nghiên cứu, vì hiện vẫn còn thiếu kiến ​​thức về hành vi điện của SIBs xét về nhiệt độ và trạng thái sạc (SOC) khác nhau.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đo hiệu suất điện ở nhiệt độ từ 10 độ C đến 45 độ C và đo điện áp mạch hở của toàn bộ pin ở các nhiệt độ khác nhau, cũng như đo điện áp của một nửa pin tương ứng ở 25 độ C.

“Hơn nữa, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và trạng thái sạc (SOC) đến cả điện trở dòng điện một chiều (R DC) và phổ trở kháng điện hóa hằng dòng (GEIS)”, báo cáo nêu rõ. “Để kiểm tra dung lượng sử dụng được, năng lượng sử dụng được và hiệu suất năng lượng trong điều kiện động, chúng tôi đã thực hiện các thử nghiệm khả năng hoạt động ở các tốc độ tải khác nhau bằng cách áp dụng các tốc độ tải khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau.”

Các nhà nghiên cứu đã đo đạc một pin lithium-ion, một pin natri-ion với cực âm niken-mangan-sắt và một pin lithium-ion với cực âm LFP. Cả ba đều cho thấy hiện tượng trễ điện áp, nghĩa là điện áp mạch hở của chúng khác nhau giữa quá trình sạc và xả.

“Điều thú vị là, đối với pin SIB, hiện tượng trễ chủ yếu xảy ra ở mức sạc thấp (SOC), theo các phép đo nửa pin, điều này có thể là do cực dương carbon cứng,” các nhà nghiên cứu nhấn mạnh. “Điện trở R DC và trở kháng của pin LIB ít phụ thuộc vào SOC. Ngược lại, đối với pin SIB, R DC và trở kháng tăng đáng kể ở SOC dưới 30%, trong khi SOC cao hơn lại có tác dụng ngược lại và dẫn đến giá trị R DC và trở kháng thấp hơn.”

Hơn nữa, họ xác định rằng sự phụ thuộc nhiệt độ của R_DC và trở kháng cao hơn đối với pin SIB so với pin LIB. “Các thử nghiệm pin LIB không cho thấy ảnh hưởng đáng kể của SOC đến hiệu suất chu trình. Ngược lại, việc nạp/xả pin SIB từ 50% đến 100% SOC có thể giảm tổn thất hiệu suất hơn một nửa so với việc nạp/xả từ 0% đến 50%,” họ giải thích thêm, lưu ý rằng hiệu suất của pin SIB tăng mạnh khi nạp/xả pin ở phạm vi SOC cao hơn so với phạm vi SOC thấp hơn.