LG Energy Solution i Uniwersytet Narodowy w Seulu wspólnie opracowały technologię, która ogranicza generowanie gazu i poprawia żywotność cykliczną baterii litowo-manganowo-bogatych (LMR).

Firma ogłosiła w poniedziałek, że wyniki powstały we współpracy z zespołem badawczym pod kierownictwem profesora Uniwersytetu Narodowego w Seulu, Lima Jong-woo. Odkrycia opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.

LMR to materiał katodowy, który obniża koszty materiałowe dzięki wykorzystaniu stosunkowo taniego manganu zamiast kobaltu. Materiał ten może również osiągać wysoką gęstość energii, wykorzystując tlen zawarty wewnątrz materiału do magazynowania energii. Ograniczanie zależności od kobaltu to szerszy cel branżowy, ponieważ metal ten jest kosztowny, a jego łańcuch dostaw jest skoncentrowany w niewielkiej liczbie krajów — dlatego katody bezkobaltowe lub o obniżonej zawartości kobaltu stanowią kluczowy obszar zainteresowania producentów baterii poszukujących tańszych ogniw do samochodów elektrycznych na masowy rynek.

Jednak niepełne odzyskiwanie tlenu podczas ładowania i rozładowywania może uszkadzać wewnętrzną strukturę baterii i powodować generowanie gazu. Wynikające z tego narastanie ciśnienia może pogarszać wydajność ogniw pojazdów elektrycznych. Generowanie gazu i niska żywotność cykliczna należały do głównych przeszkód uniemożliwiających szeroką komercjalizację katod LMR mimo ich przewag kosztowych.

Badacze przeanalizowali zachowanie utleniająco-redukcyjne tlenu w różnych warunkach i stwierdzili, że na odzyskiwanie tlenu wpływa zarówno górne napięcie ładowania, jak i dolne napięcie rozładowywania. Gdy górne napięcie ładowania obniżono z 4,6 wolta do 4,3 wolta, stopień redukcji utlenionego tlenu wzrósł z 86 procent do 97 procent. Ponadto przy rozładowaniu do 2,0 wolta tlen niemal powrócił do stanu pierwotnego.

LG Energy Solution zastosowała te ustalenia w celi klasy 40Ah — rozmiarze wykorzystywanym w komercyjnych produktach bateryjnych — przeprojektowując zakres napięć roboczych i obniżając temperaturę podczas procesu formowania, czyli początkowego etapu kondycjonowania w produkcji ogniw, aby ograniczyć generowanie gazu. Co istotne, poprawa wynikała z dostosowania warunków pracy, a nie ze zmiany samego materiału katodowego. Zoptymalizowana cela zachowała 92,2 procent początkowej energii po 883 cyklach ładowania i rozładowywania, co potwierdza stabilną żywotność cykliczną materiałów LMR.

„To badanie zidentyfikowało przyczynę degradacji baterii LMR z perspektywy odwracalności tlenu i wykazało, że stabilność ogniwa można poprawić wyłącznie dzięki projektowi protokołu elektrochemicznego” — powiedział Lim.

Przedstawiciel LG Energy Solution oświadczył, że badanie wykazało możliwość ograniczenia generowania gazu przy jednoczesnym zachowaniu stabilnej żywotności cyklicznej. „Te ustalenia pomogą w rozwoju komercjalizacji baterii LMR” — powiedział przedstawiciel. Firma wcześniej wskazywała LMR wśród opracowywanych przez siebie chemii katodowych nowej generacji, konkurując z rywalami z Chin i Japonii w obniżaniu kosztów baterii do pojazdów elektrycznych.