LG Energy Solution e l'Università Nazionale di Seul hanno sviluppato congiuntamente una tecnologia che sopprime la generazione di gas e migliora la vita ciclica nelle batterie ricche di manganese e litio (LMR).

L'azienda ha annunciato lunedì che i risultati derivano da uno studio congiunto con un team di ricerca guidato dal professor Lim Jong-woo dell'Università Nazionale di Seul. I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.

LMR è un materiale catodico che riduce i costi dei materiali utilizzando manganese relativamente economico al posto del cobalto. Può inoltre raggiungere un'elevata densità energetica sfruttando l'ossigeno presente nel materiale per accumulare energia. Ridurre la dipendenza dal cobalto è un obiettivo più ampio del settore, poiché il metallo è costoso e la sua catena di approvvigionamento è concentrata in un numero ristretto di paesi, il che rende i catodi senza cobalto o a ridotto contenuto di cobalto un punto focale chiave per i produttori di batterie alla ricerca di celle più economiche per i veicoli elettrici di massa.

Tuttavia, il recupero incompleto dell'ossigeno durante carica e scarica può danneggiare la struttura interna della batteria e causare la generazione di gas. La conseguente pressione può degradare le prestazioni delle celle per veicoli elettrici. La generazione di gas e la ridotta vita ciclica sono stati tra i principali ostacoli alla commercializzazione su larga scala dei catodi LMR, nonostante i loro vantaggi in termini di costi.

I ricercatori hanno analizzato il comportamento di ossido-riduzione dell'ossigeno in condizioni diverse e hanno scoperto che sia la tensione di carica superiore sia la tensione di scarica inferiore influenzano il recupero dell'ossigeno. Quando la tensione di carica superiore è stata abbassata da 4,6 volt a 4,3 volt, il tasso di riduzione dell'ossigeno ossidato è passato dall'86% al 97%. Inoltre, l'ossigeno è quasi tornato al suo stato originale con una scarica a 2,0 volt.

LG Energy Solution ha applicato questi risultati a una cella di classe 40Ah — una dimensione utilizzata nei prodotti batteria commerciali — riprogettando l'intervallo di tensione operativo e abbassando la temperatura durante il processo di formazione, la fase iniziale di condizionamento nella produzione delle celle, per ridurre la generazione di gas. In particolare, il miglioramento è derivato dalla regolazione delle condizioni operative anziché dalla modifica del materiale catodico stesso. La cella ottimizzata ha mantenuto il 92,2% della propria energia iniziale dopo 883 cicli di carica e scarica, dimostrando la stabile vita ciclica dei materiali LMR.

"Questo studio ha identificato la causa del degrado delle batterie LMR dal punto di vista della reversibilità dell'ossigeno e ha mostrato che la stabilità della cella può essere migliorata soltanto attraverso la progettazione del protocollo elettrochimico", ha dichiarato Lim.

Un portavoce di LG Energy Solution ha affermato che lo studio ha dimostrato come la generazione di gas possa essere soppressa mantenendo una vita ciclica stabile. "I risultati contribuiranno a far avanzare la commercializzazione delle batterie LMR", ha aggiunto il portavoce. L'azienda ha già indicato LMR tra le prossime chimiche catodiche di nuova generazione che sta sviluppando, mentre compete con i rivali in Cina e Giappone per ridurre i costi delle batterie per veicoli elettrici.