Auto elettriche, la svolta arriva dai catodi al litio-manganese

Lo studio di Seoul National University e LG Energy Solution apre la strada a batterie più leggere, longeve ed efficienti

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Eleonora Lilli

Di: Eleonora Lilli

5 ago alle 07:00

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Chi usa un’auto elettrica lo vede subito: ciò che conta nella vita di tutti i giorni è quanto la batteria porta lontano, quanto regge la ricarica rapida e per quanti anni mantiene una buona autonomia. In questo quadro entra ora una nuova famiglia di catodi al litio-manganese con ossigeno redox altamente reversibile, studiata per unire più energia in poco peso, meno cobalto e una durata elevata, una combinazione chiave soprattutto per chi macina chilometri ogni anno o gestisce flotte.

Un recente lavoro della Seoul National University insieme al centro ricerca e sviluppo di LG Energy Solution mostra che, ottimizzando la struttura di questi catodi, si possono ottenere 663 Wh/kg a livello di materiale attivo con appena 0,27% di cobalto e una ritenzione del 92,2% di capacità dopo 883 cicli in celle da 40 Ah.

Si tratta di valori che, se trasferiti in pacchi batteria per veicoli elettrici, potrebbero tradursi in più autonomia senza appesantire l’auto e in una vita utile più lunga prima di notare cali sensibili di chilometri con una carica.

Perché l'ossigeno conta per le batterie EV

La domanda di fondo è come questi nuovi catodi litio-manganese ricchi riescano a combinare alta densità energetica e buona resistenza nel tempo. Negli ossidi stratificati una parte significativa della capacità non arriva solo dai metalli di transizione, ma dal controllo dell’ossigeno: in pratica anche gli atomi di ossigeno partecipano allo scambio di elettroni durante carica e scarica. Se il processo è poco controllato, una parte dell’ossigeno sfugge dal reticolo cristallino, genera difetti e microfratture e accelera il decadimento della capacità, oltre a peggiorare la stabilità termica della cella.

Controllare meglio l'ossigeno nella batteria la rende più sicura, affidabile e resistente nel tempo.

Foto di: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Nello studio coreano la finestra di potenziale è stata regolata tra 4,3 e 2,0 V contro grafite per massimizzare la frazione di ossigeno redox davvero reversibile e ridurre le reazioni indesiderate con l’elettrolita. In questo modo si raggiungono 663 Wh/kg sul catodo attivo con una ritenzione del 92,2% dopo 883 cicli in celle di grande formato, numeri compatibili con l’idea di portare catodi ad alta energia specifica su veicoli elettrici senza sacrificare la longevità operativa e mantenendo margini di sicurezza adeguati.

Altre ricerche sugli ossidi di metalli di transizione indicano la stessa direzione: controllare la redox dell’ossigeno è decisivo per limitare il rilascio di ossigeno e contenere i rischi di instabilità. Per chi progetta pacchi batteria questo può tradursi in minori limitazioni sulla potenza continua, migliore tolleranza a cicli di scarica profondi e un margine di sicurezza aggiuntivo rispetto a chimiche molto ricche di nichel che lavorano vicino ai limiti termici dei materiali.

Litio-manganese, LMO e LMFP: cosa cambia

Per inquadrare questi nuovi ossidi ricchi di litio e manganese conviene confrontarli con le chimiche già note. I catodi LMO tradizionali (litio-manganese-ossido) privilegiano potenza e stabilità termica, ma offrono densità energetica più bassa e possono soffrire di dissoluzione del manganese, con un degrado più rapido della capacità nel tempo. La nuova generazione litio-manganese mira a superare proprio questi limiti, intervenendo sulla redox dell’ossigeno e sulla microstruttura del catodo per ridurre le perdite di materiale attivo.

In parallelo le chimiche LMFP (litio-manganese-ferro-fosfato) entrano sempre più spesso nelle roadmap industriali come evoluzione delle LFP: aggiungono manganese per aumentare moderatamente l’energia specifica, mantenendo assenza di nichel e cobalto e un comportamento termico molto stabile. Le analisi di settore attribuiscono a queste celle autonomie leggermente superiori rispetto alle LFP a parità di pacco e una buona conservazione della capacità dopo migliaia di cicli, un mix interessante per chi guarda alla durata delle flotte e ai costi sul lungo periodo.

Queste scelte si inseriscono in una corsa globale verso chimiche con minore dipendenza da nichel e cobalto, visibile nell’adozione delle batterie LFP e NMC sui modelli di grande serie e nei piani per catodi privi di cobalto sulle nuove piattaforme elettriche. In questo scenario LMFP e nuovi catodi litio-manganese diventano tasselli di una strategia più ampia che punta a ridurre rischi di approvvigionamento e costi lungo tutto il ciclo di vita del veicolo, mantenendo al centro prestazioni e affidabilità delle batterie.