德国慕尼黑工业大学（TUM）和亚琛工业大学的研究团队近日对高能钠离子电池（SIB）与采用磷酸铁锂（LFP）阴极的高能锂离子电池（LIB）的电气性能进行了深入比较。研究旨在填补关于SIB在不同温度和电荷状态（SOC）下电气行为的知识空白。
研究结果显示，充电状态和温度对SIB的脉冲电阻和阻抗的影响较LIB更为显著。脉冲电阻是指突然施加功率需求时电池电压下降的程度，而SIB在这方面比LIB更易受影响。科学家们指出：“钠离子电池通常被视为锂离子电池的直接替代品，但钠和锂的电化学行为差异意味着需要对阳极和阴极进行调整。”硬碳目前被视为SIB最有前途的阳极材料。
为了全面评估两种电池的性能，研究团队在10℃至45℃的温度范围内进行了电性能测量，并研究了温度和SOC对直流电阻（R_DC）和恒电流电化学阻抗谱（GEIS）的影响。此外，他们还通过在不同温度下施加不同的负载率进行了倍率能力测试，以检查动态条件下的可用容量、可用能量和能源效率。
研究发现，锂离子电池、镍锰铁正极的钠离子电池和磷酸铁锂正极的锂离子电池均出现了电压滞后现象，即充电和放电时开路电压不同。对于SIB，滞后现象主要发生在低SOC下，这可能是由于硬碳阳极造成的。相比之下，LIB的R_DC和阻抗对SOC的依赖性很小，而SIB在SOC低于30%时，R_DC和阻抗会显著增加。
此外，研究团队还确定了SIB的R_DC和阻抗的温度依赖性高于LIB。他们指出，与较低的SOC范围相比，在较高的SOC范围内循环电池时，SIB的效率会大幅提高。将SIB从50% SOC循环到100% SOC可使效率损失减少一半以上。
这项研究成果已发表在《电源杂志》上，题为《商用钠离子电池和磷酸铁锂电池的电气性能比较》。研究团队总结道：“我们的研究结果表明，循环过程中的充电状态会显著影响钠离子电池的效率，因此应在设计和管理系统中予以充分考虑。”
