La batteria LMR sperimentale di LG mantiene il 92% della capacità dopo 883 cicli

I ricercatori hanno affrontato un problema di durata nelle batterie LMR più economiche modificando il modo in cui le celle vengono caricate e scaricate.

LG LMR

Foto di: LG Energy Solutions

Di: Andrei Nedelea

Tradotto da: Fabio Gemelli

10 set alle 09:00

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Batterie per auto elettriche meno costose sembrano un’ottima notizia, finché non iniziano a “dimenticare” come si comporta una batteria. È stato uno dei principali problemi delle batterie LMR (lithium manganese-rich, ricche di litio e manganese), tra le alternative più promettenti alle chimiche a basso costo come le LFP al litio-ferro-fosfato. Offrono prospettive interessanti in termini di costi e densità energetica, ma restano dubbi sulla loro durata nel tempo.

LG Energy Solution e la Seoul National University hanno fornito una risposta utile ad almeno una parte del problema. Le loro celle LMR sperimentali hanno mantenuto un notevole 92,2% dell’energia iniziale dopo 883 cicli di carica e scarica. In genere, ci si aspetta che le batterie delle auto elettriche durino tra 1.000 e 2.000 cicli di ricarica.

Questione di elettrochimica

“Questo studio ha identificato le cause del degrado nelle batterie LMR dal punto di vista della reversibilità dell’ossigeno e ha dimostrato che la stabilità delle celle può essere migliorata attraverso la sola progettazione del protocollo elettrochimico”, ha dichiarato nello studio il professor Jongwoo Lim della Seoul National University. “Abbiamo confermato che, per ottenere una stabilità a lungo termine nelle batterie LMR, è necessario considerare in modo complessivo non solo le condizioni di carica, ma anche quelle di scarica”.

Le LMR fanno parte della famiglia delle batterie agli ioni di litio, con un catodo fortemente basato sul manganese. Il motivo dell’interesse per questa chimica è semplice: il manganese è meno costoso e più abbondante rispetto a nichel e cobalto. Aumentandone l’impiego si riducono i materiali più cari e, in prospettiva, si può ottenere una batteria non solo economica, ma anche capace di offrire prestazioni paragonabili a quelle di una tipica batteria NCM (nichel-cobalto-manganese).

Controllare meglio le reazioni dell’ossigeno

In questi ultimi esperimenti, LG ha cercato di controllare meglio le reazioni dell’ossigeno all’interno del catodo. L’ossigeno è ciò che aiuta le LMR ad accumulare energia, ma le reazioni che provoca nella cella devono invertirsi durante la scarica; in caso contrario possono danneggiare la struttura e causare accumulo di gas, un fenomeno tutt’altro che desiderabile all’interno di una cella batteria densamente assemblata.

I ricercatori hanno modificato le tensioni operative per controllare meglio queste reazioni. Abbassare la soglia massima di carica da 4,6 a 4,3 volt ha migliorato il recupero dell’ossigeno dall’86% al 97%. Anche consentire la scarica fino a 2 volt invece che a 3 volt si è rivelato utile. LG ha abbinato queste regolazioni a un processo di formazione a temperatura più bassa, cioè il condizionamento iniziale a cui le celle vengono sottoposte durante la produzione. Questo protocollo ottimizzato ha contribuito inoltre a ridurre sia la generazione di gas sia i danni strutturali.

LG spiega che “questa ricerca affronta una delle principali sfide delle batterie LMR. Dimostra che una durata stabile può essere garantita anche in celle di grande formato sopprimendo efficacemente la generazione di gas, fornendo una base importante per la crescita del mercato delle batterie LMR di nuova generazione”.

Anche GM lavora già sulle batterie LMR

Alcuni costruttori hanno già investito molto sulle LMR. GM prevede risparmi significativi grazie all’impiego di questa chimica nelle sue auto elettriche di serie. Tuttavia, l’uso di materiali meno costosi non basta da solo. Le batterie LMR hanno finora sofferto di perdita di capacità e calo della tensione, due fattori che riducono l’energia erogabile da una batteria.

GM ha stimato per le proprie celle LMR una densità energetica superiore del 33% rispetto alle LFP a un costo comparabile. La promessa delle LMR è uno dei motivi per cui l’azienda sta rivalutando se le LFP abbiano davvero un ruolo nella sua futura gamma elettrica. GM e LG avevano già annunciato piani per la produzione di LMR negli Stati Uniti nel 2028.

Ma se questa nuova ricerca di LG è incoraggiante, l’azienda non ha ancora dimostrato se le sue celle LMR siano migliori delle batterie LFP di serie per velocità di ricarica, prestazioni a basse temperature o durata. Si tratta comunque di un passo avanti, che mantiene le batterie LMR sotto osservazione. Ma finché non le vedremo su un’auto elettrica di produzione, non sapremo quanta parte di quella promessa riuscirà davvero a passare dal laboratorio al garage di casa.

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