LG Energy Solution и Сеульский национальный университет совместно разработали технологию, подавляющую газообразование и улучшающую срок службы (цикличность) литиево-марганцевых (LMR) батарей.

В понедельник компания сообщила, что результаты были получены в рамках совместного исследования с группой под руководством профессора Сеульского национального университета Лим Джон-у. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

LMR — это катодный материал, снижающий стоимость сырья за счет использования относительно недорогого марганца вместо кобальта. Он также позволяет достичь высокой плотности энергии, используя кислород внутри материала для накопления энергии. Снижение зависимости от кобальта является более широкой отраслевой целью: этот металл дорог, а его цепочка поставок сконцентрирована в небольшом числе стран, поэтому безкобальтовые или мало-кобальтовые катоды стали ключевым направлением для производителей аккумуляторов, стремящихся к удешевлению ячеек для массовых электромобилей.

Однако неполное восстановление кислорода при заряде и разряде может повредить внутреннюю структуру батареи и вызвать газообразование. Возникающее из-за этого повышение давления может ухудшать характеристики ячеек электромобилей. Газообразование и низкая цикличность были среди главных препятствий на пути широкой коммерциализации катодов LMR, несмотря на их преимущества по стоимости.

Исследователи проанализировали окислительно-восстановительное поведение кислорода в различных условиях и обнаружили, что на восстановление кислорода влияют как верхнее напряжение заряда, так и нижнее напряжение разряда. Когда верхнее напряжение заряда было снижено с 4,6 до 4,3 вольта, степень восстановления окисленного кислорода выросла с 86 до 97 процентов. Кроме того, при разряде до 2,0 вольта кислород почти возвращался в исходное состояние.

LG Energy Solution применила эти результаты к ячейке класса 40 Ач — размера, используемого в коммерческих аккумуляторных продуктах, — переработав диапазон рабочих напряжений и снизив температуру на этапе формирования (начального кондиционирования при производстве ячеек) для уменьшения газообразования. Примечательно, что улучшение было достигнуто за счет корректировки рабочих условий, а не изменения самого катодного материала. Оптимизированная ячейка сохранила 92,2 процента начальной энергии после 883 циклов заряда-разряда, что демонстрирует стабильную цикличность материалов LMR.

«Это исследование выявило причину деградации LMR-батарей с точки зрения обратимости кислорода и показало, что стабильность ячейки можно улучшить исключительно за счет проектирования электрохимического протокола», — заявил Лим.

Представитель LG Energy Solution отметил, что исследование показало возможность подавления газообразования при сохранении стабильной циклической долговечности. «Эти результаты будут способствовать продвижению коммерциализации LMR-батарей», — сказал он. Ранее компания указывала на LMR как на одну из катодных химий нового поколения, которые она разрабатывает, конкурируя с китайскими и японскими соперниками в снижении стоимости аккумуляторов для электромобилей.