LG Energy Solution y la Universidad Nacional de Seúl desarrollaron conjuntamente una tecnología que suprime la generación de gases y mejora la vida útil por ciclos de las baterías de litio ricas en manganeso (LMR).

La empresa anunció el lunes que los resultados surgieron de un estudio conjunto con un equipo de investigación dirigido por el profesor de la Universidad Nacional de Seúl Lim Jong-woo. Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

El LMR es un material de cátodo que reduce los costos de materiales al usar manganeso, relativamente económico, en lugar de cobalto. También puede alcanzar una alta densidad de energía al utilizar el oxígeno presente en el material para almacenar energía. Reducir la dependencia del cobalto es un objetivo más amplio de la industria, ya que este metal es costoso y su cadena de suministro está concentrada en un pequeño número de países, lo que convierte a los cátodos sin cobalto o con cobalto reducido en un foco clave para los fabricantes de baterías que buscan celdas más económicas para vehículos eléctricos de gran consumo.

Sin embargo, la recuperación incompleta del oxígeno durante la carga y la descarga puede dañar la estructura interna de la batería y provocar generación de gases. La acumulación de presión resultante puede degradar el rendimiento de las celdas de vehículos eléctricos. La generación de gases y la corta vida útil por ciclos han estado entre los principales obstáculos que impiden la comercialización generalizada de los cátodos LMR a pesar de sus ventajas en costos.

Los investigadores analizaron el comportamiento de oxidación-reducción del oxígeno en diversas condiciones y descubrieron que tanto el voltaje superior de carga como el voltaje inferior de descarga afectan la recuperación del oxígeno. Cuando el voltaje superior de carga se redujo de 4,6 voltios a 4,3 voltios, la tasa de reducción del oxígeno oxidado aumentó del 86 % al 97 %. Además, el oxígeno casi regresó a su estado original con una descarga de 2,0 voltios.

LG Energy Solution aplicó estos hallazgos a una celda de clase 40 Ah —un tamaño utilizado en productos comerciales de baterías— rediseñando su rango de voltaje de operación y bajando la temperatura durante el proceso de formación, el paso inicial de acondicionamiento en la fabricación de celdas, para reducir la generación de gases. En particular, la mejora provino del ajuste de las condiciones de operación y no de un cambio en el propio material del cátodo. La celda optimizada conservó el 92,2 % de su energía inicial después de 883 ciclos de carga y descarga, lo que demuestra la vida útil por ciclos estable de los materiales LMR.

"Este estudio identificó la causa de la degradación de las baterías LMR desde la perspectiva de la reversibilidad del oxígeno y mostró que la estabilidad de la celda puede mejorarse únicamente mediante el diseño de protocolos electroquímicos", declaró Lim.

Un funcionario de LG Energy Solution señaló que el estudio demostró que la generación de gases puede suprimirse manteniendo una vida útil por ciclos estable. "Los hallazgos contribuirán a avanzar en la comercialización de las baterías LMR", afirmó el funcionario. La empresa ha señalado previamente al LMR entre las próximas generaciones de químicas de cátodo que está desarrollando, mientras compite con rivales de China y Japón para reducir los costos de las baterías para vehículos eléctricos.