D’après pv magazine International
Des chercheurs de l’Université technique de Munich (TUM) et de l’Université RWTH d’Aix-la-Chapelle en Allemagne ont comparé les performances électriques des batteries sodium-ion haute énergie (SIB) avec celles d’une batterie lithium-ion haute énergie (LIB) de pointe, équipée d’une cathode lithium-fer-phosphate (LFP), et ont constaté que l’état de charge et la température ont une influence plus importante sur la résistance aux impulsions et l’impédance des SIB que sur les LIB.
« Les SIB sont généralement considérées comme un remplacement direct des LIB, ont déclaré les scientifiques. Néanmoins, les différences de comportement électrochimique entre le sodium et le lithium nécessitent des adaptations à la fois sur l’anode et la cathode. Tandis que pour les LIB, le graphite est généralement utilisé comme matériau d’anode, pour les SIB, le carbone dur est actuellement considéré comme le matériau le plus prometteur pour les SIB. »
Ils ont également expliqué que leur travail visait à combler un vide dans la recherche, car il y a encore un manque de connaissances sur le comportement électrique des SIB en fonction des températures variables et des états de charge (SOC).
L’équipe de recherche a réalisé, en particulier, des mesures de performances électriques à des températures allant de 10°C à 45°C, des mesures de tension à circuit ouvert de la cellule entière à différentes températures, ainsi que des mesures de demi-cellules des cellules correspondantes à 25°C.
« De plus, nous avons étudié l’influence de la température et du SOC sur la résistance en courant continu (R_DC) et la spectroscopie d’impédance électrochimique galvanostatique (GEIS), ont-ils précisé. Pour examiner la capacité utilisable, l’énergie utilisable et l’efficacité énergétique sous des conditions dynamiques, nous avons effectué des tests de capacité de taux en appliquant différentes vitesses de charge à différentes températures. »
Les mesures ont été effectuées sur une LIB, une SIB basée sur une cathode nickel-manganèse-fer, et une LIB avec une cathode LFP. Il a été constaté que tous les dispositifs montraient une hystérésis dans la tension à circuit ouvert entre la charge et la décharge.
« Il est intéressant de noter que, pour les SIB, l’hystérésis se produit principalement à faible SOC, ce qui, selon les mesures de demi-cellules, est probablement dû à l’anode en carbone dur, ont souligné les scientifiques. La R_DC et l’impédance de la LIB montrent très peu de dépendance au SOC. En revanche, pour les SIB, la R_DC et l’impédance augmentent considérablement pour des SOC inférieurs à 30 %, tandis que des SOC plus élevés ont l’effet inverse et entraînent des valeurs de R_DC et d’impédance plus faibles. »
De plus, ils ont constaté que la dépendance à la température de la R_DC et de l’impédance est plus élevée pour les SIB que pour les LIB. « Les tests sur les LIB ne montrent pas d’influence significative du SOC sur l’efficacité du cycle de charge-décharge. En revanche, le cyclage des SIB de 50 % à 100 % SOC peut réduire les pertes d’efficacité de plus de la moitié par rapport au cyclage de 0 % à 50 % », ont-ils ajouté, notant que l’efficacité des SIB augmente considérablement lorsque les cellules sont cyclées dans une plage de SOC plus élevée par rapport à une plage de SOC plus basse.
Leurs résultats sont disponibles dans l’étude « Comparaison des performances électriques des batteries sodium-ion et lithium-fer-phosphate commerciales », publiée dans le Journal of Power Sources. « Nos résultats indiquent que l’état de charge pendant le cyclage affecte de manière significative l’efficacité des batteries sodium-ion et devrait donc être pris en compte », ont conclu les chercheurs. »
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