Pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM) e da Universidade RWTH Aachen, na Alemanha, compararam o desempenho elétrico de baterias de íons de sódio de alta energia (SIBs) com o de uma bateria de íons de lítio (LIBs) de alta energia de última geração com um cátodo de lítio-ferro-fosfato (LFP) e descobriram que o estado de carga e a temperatura têm uma influência maior na resistência de pulso e na impedância das SIBs do que as LIBs.
“As SIBs são geralmente vistas como um substituto imediato para as 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 LIBs geralmente o grafite é usado como material de ânodo, para SIBs o carbono duro é atualmente visto como o material mais promissor para SIBs.”
Eles também explicaram que seu trabalho pretendia preencher uma lacuna na pesquisa, pois ainda há falta de conhecimento sobre o comportamento elétrico das baterias de sódio em termos de variação de temperaturas e estado de cargas (SOCs).
A equipe de pesquisa realizou, em particular, medições de desempenho elétrico em temperaturas que variam de 10 °C a 45 °C e medições de tensão de circuito aberto da célula completa em diferentes temperaturas, bem como medições de meia célula das células correspondentes a 25 °C.
“Além disso, investigamos a influência da temperatura e do SOC na resistência à corrente contínua (R DC) e na espectroscopia de impedância eletroquímica galvanostática (GEIS)”, especificaram os pesquisadores. “Para examinar a capacidade utilizável, a energia utilizável e a eficiência energética sob condições dinâmicas, realizamos testes de capacidade de taxa aplicando diferentes taxas de carga em diferentes temperaturas.”
As medições foram feitas em uma LIB, uma SIB baseada em um cátodo de níquel-manganês-ferro e uma LIB com um cátodo LFP, com todos os dispositivos mostrando uma histerese na tensão de circuito aberto entre carga e descarga.
“Curiosamente, para SIBs, a histerese está ocorrendo principalmente em SOCs baixos, o que é, de acordo com medições de meia célula, provavelmente devido ao ânodo de carbono duro”, enfatizaram os acadêmicos. “O R DC e a impedância da LIB mostram muito pouca dependência do SOC. Em contraste, para SIBs, o R DC e a impedância aumentam significativamente em SOCs abaixo de 30%, enquanto SOCs mais altos têm o efeito oposto e levam a valores mais baixos de R DC e impedância.”
Além disso, eles verificaram que a dependência da temperatura de R DC e impedância é maior para SIBs do que LIBs. “Os testes LIB não mostram uma influência significativa do SOC na eficiência da viagem de ida e volta. Em contraste, o ciclo dos SIBs de 50% para 100% SOC pode reduzir as perdas de eficiência em mais da metade em comparação com o ciclo de 0% a 50%”, explicaram ainda, observando que a eficiência dos SIBs cresce drasticamente ao ciclar as células em uma faixa de SOC mais alta em comparação com uma faixa de SOC mais baixa.
Suas descobertas estão disponíveis no estudo “Comparing the electrical performance of commercial sodium-ion and lithium-iron-phosphate batteries“, publicado no Journal of Power Sources. “Nossas descobertas indicam que o estado de carga durante o ciclo afeta significativamente a eficiência das baterias de íons de sódio e, portanto, deve ser levado em consideração”, concluíram.
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