سولارابيك، ألمانيا- 18 فبراير 2025: أجرى فريق من الباحثين من الجامعة التقنية في ميونخ وجامعة RWTH في آخن مقارنة شاملة بين الأداء الكهربائي لبطاريات الصوديوم أيون (SIBs) وبطاريات الليثيوم-أيون (LIBs) المزودة بمهبط فوسفات حديد الليثيوم (LFP). وركزت الدراسة على تأثير درجة الحرارة وحالة الشحن على أداء كلا النوعين من البطاريات.
تم إجراء الاختبارات والقياسات على بطارية ليثيوم أيون، وبطارية صوديوم أيون تعتمد مهبط من النيكل والمنجنيز والحديد، وبطارية ليثيوم أيون مع مهبط فوسفات الحديد والليثيوم LFP،
تأثير حالة الشحن ودرجة الحرارة
تعتبر بطاريات الصوديوم أيون بديلاً محتملاً لبطاريات الليثيوم وفوسفات الحديد ومع ذلك، فإن الاختلافات في السلوك الكهروكيميائي للصوديوم والليثيوم تتطلب التكيف على كل من المصعد والمهبط. فبينما يستخدم الجرافيت عادةً كمواد لمصعد بطاريات الليثيوم، فإن الكربون الصلب يُنظر إليه حاليًا على أنه المادة الأكثر وعدًا لبطاريات الليثيوم.
أجرى الباحثون اختبارات للأداء الكهربائي عند درجات حرارة تتراوح من 10 إلى 45 درجة مئوية وقاسوا جهد الدارة المفتوحة للخلية الكاملة عند درجات حرارة مختلفة بالإضافة إلى قياسات نصف الخلية للخلايا المقابلة عند 25 درجة مئوية. كما حقق الباحثون في تأثير درجة الحرارة وحالة الشحن على مقاومة التيار المستمر.
أظهرت الدراسة أن حالة الشحن ودرجة الحرارة تؤثران بشكل أكبر على مقاومة النبضة ومقاومة بطاريات الصوديوم مقارنة ببطاريات الليثيوم. وبالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون أن بطاريات الصوديوم تُظهر تباطؤ في جهد الدارة المفتوحة بين الشحن والتفريغ، خاصة عند حالات الشحن (SOC) المنخفضة، وهو ما يُعزى إلى استخدام الكربون الصلب كمادة للمصعد في هذه البطاريات. في حين أنه في بطاريات الليثيوم، يكون تأثير حالة الشحن على المقاومة ضئيلاً.
وتُظهر بطاريات الصوديوم أيون زيادة ملحوظة في هذه الخصائص عند انخفاض حالة الشحن إلى أقل من 30%. وعلى العكس من ذلك، يؤدي ارتفاع حالة الشحن إلى انخفاض قيم المقاومة والممانعة.
كفاءة الطاقة
من ناحية أخرى، أظهرت الدراسة أن كفاءة بطاريات الليثيوم-أيون لا تظهر تأثيرًا كبيرًا لحالة الشحن على كفاءة الشحن والتفريغ. في حين أن كفاءة بطاريات الصوديوم تتأثر بشكل كبير بحالة الشحن وتُظهر تحسنًا ملحوظًا في كفاءة الطاقة عند تشغيلها في نطاق حالة شحن أعلى. وقد لوحظ أنه يمكن تقليل فقدان الكفاءة في بطاريات الصوديوم بأكثر من النصف عند شحنها من 50% إلى 100% مقارنة بالشحن من 0% إلى 50%.
نتائج الدراسة
خلصت الدراسة إلى أن حالة الشحن أثناء الدورة تؤثر بشكل كبير على كفاءة بطاريات الصوديوم أيون، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند تصميم وتشغيل هذه البطاريات. ويؤكد الباحثون على أهمية هذه النتائج في تطوير بطاريات صوديوم-أيون عالية الكفاءة وموثوقة للاستخدام في مختلف التطبيقات.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: science direct
