Tańszy akumulator firmy LG wykorzystuje mangan w ciężarówkach GM o zasięgu 400 mil

Baterie litowo-manganowe (LMR) od dawna są przedstawiane jako kolejna wielka innowacja w dziedzinie pojazdów elektrycznych, między innymi przez Elona Muska. Nie zawierają one niklu ani kobaltu, a zamiast tego wykorzystują tani i łatwo dostępny mangan, dzięki czemu ich gęstość energetyczna może rywalizować z kosztownymi ogniwami stosowanymi w pojazdach elektrycznych o dużym zasięgu lub o wysokich osiągach.

Problem z chemiczną budową akumulatorów LMR zawsze jednak dotyczył ich stabilności. Katody LMR mają tendencję do wytwarzania gazu podczas cykli ładowania. Jest to uciążliwość, z którą można sobie poradzić w przypadku niewielkich elementów, takich jak manganowe baterie AA firmy Duracell, które na Amazonie kosztują poniżej jednego dolara, ale stanowi poważny problem w przypadku dużych ogniw stosowanych w rzeczywistych elektrycznych ciężarówkach lub SUV-ach.

Firma LG Energy Solution, we współpracy z zespołem profesora Jongwoo Lima z Wydziału Chemii Uniwersytetu Narodowego w Seulu, twierdzi, że udało jej się dokładnie ustalić przyczynę tego zjawiska i je wyeliminować. Zgodnie z wynikami wspólnych badań gromadzenie się gazu wynika z obecności tlenu wewnątrz katody, który ulega utlenieniu podczas ładowania, ale nie powraca w pełni do swojego pierwotnego stanu podczas rozładowywania, co może spowodować uszkodzenie wewnętrznej struktury ogniwa.

Rozwiązanie okazało się polegać niemal wyłącznie na zarządzaniu napięciem. Obniżenie górnej wartości napięcia ładowania z 4,6 V do 4,3 V spowodowało wzrost stopnia redukcji utlenionego tlenu z 86% do 97%, a obniżenie napięcia odcięcia rozładowania z 3,0 V do 2,0 V pozwoliło na niemal całkowitą regenerację tlenu.

Następnie firma LG Energy Solution przeprojektowała zakres napięcia roboczego i obniżyła temperaturę podczas procesu formowania ogniwa, ograniczając w ten sposób niepożądane wytwarzanie gazu w zestawie dużych ogniw o pojemności 40 Ah. Dzięki tym ulepszeniom w zakresie zarządzania napięciem i temperaturą pakiet litowo-manganowy zachował ponad 92% swojej początkowej pojemności nawet po 883 cyklach ładowania i rozładowania.

Wynik ten oznacza, że technologia LMR może sprawdzić się na skalę produkcji motoryzacyjnej, a nie pozostawać jedynie na etapie weryfikacji koncepcji w laboratorium, dlatego firma LG opublikowała swoje wyniki w recenzowanym czasopiśmie „Nature Communications” jako innowację. Firma już teraz angażuje się w rozwój technologii LMR na poziomie produkcji, nawiązując współpracę z GM w celu zastosowania pryzmatycznych ogniw LMR w przyszłych elektrycznych samochodach ciężarowych i SUV-ach do 2030 roku.