Las baterías más económicas para vehículos eléctricos están cada vez más cerca. ¿Resolverá LG Energy Solution el problema de la LMR?

En resumen:

Las baterías de litio-manganeso (LMR) se consideran una de las tecnologías más prometedoras

El problema radica en su durabilidad y en la formación de gases dentro de las celdas

No está descartado que en poco tiempo se superen estos obstáculos, según los últimos estudios de LG Solution y científicos de la universidad de Seúl

Las celdas desarrolladas mantuvieron el 92,2% de la energía inicial después de 883 ciclos completos de carga y descarga

LG y las baterías más económicas en el horizonte

La competencia por baterías más económicas y eficientes para automóviles eléctricos está en pleno apogeo. Una de las direcciones que genera especial interés en la industria desde hace varios años son las baterías que utilizan cátodos de tipo lithium manganese-rich (LMR), es decir, ricos en manganeso.

Los científicos de LG Energy Solution, junto con el equipo del profesor Jongwoo Lim del Universidad Nacional de Seúl, informaron sobre los avances en la solución a uno de los problemas más graves de esta tecnología. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista “Nature Communications” y indican que una gestión adecuada de los procesos de carga, descarga y fabricación de celdas puede mejorar significativamente la estabilidad de las grandes celdas LMR destinadas a vehículos eléctricos.

La tecnología LMR es atractiva sobre todo porque permite utilizar manganeso, un material mucho más económico que el cobalto. Al mismo tiempo, mantiene su potencial de alta densidad energética gracias al uso de reacciones electroquímicas que ocurren no solo con níquel y manganeso, sino también con el oxígeno presente en la estructura de la cátodo, según informa Electric CarS Report

El oxígeno fue el mayor problema

La actividad del oxígeno ha sido hasta ahora el principal obstáculo para la comercialización de las baterías LMR. Durante la carga, parte del oxígeno en la estructura de la cátodo se oxida. Si durante la descarga no vuelve completamente a su estado original, puede producirse degradación del material catódico y la formación de gases dentro de la celda.

En el caso de las celdas grandes utilizadas en los automóviles eléctricos, el problema es especialmente relevante. La cantidad limitada de espacio libre dentro de la celda hace que los gases que se acumulan puedan aumentar la presión, deteriorar el rendimiento de la batería, acortar su vida útil y, además, afectar la seguridad de su uso, según indica Herald Corp.

Los investigadores analizaron el comportamiento del oxígeno bajo diferentes parámetros de carga y descarga. Resultó que no solo la tensión máxima de carga es crucial, sino también el límite inferior de la tensión durante la descarga.

Durante las pruebas, reducir la tensión de carga máxima de 4,6 V a 4,3 V aumentó la eficacia en la recuperación del oxígeno oxidado del 86 al 97 %. Además, disminuir la tensión de descarga final de los habituales 3,0 V a 2,0 V permitió restaurar el oxígeno casi a su estado químico original, según indica Finance Yahoo.

Casi 900 ciclos y más del 92 % de capacidad

Sobre la base de los resultados obtenidos, LG Energy Solution rediseñó el rango de tensiones de operación y el proceso de fabricación de celdas grandes LMR con una capacidad de 40 Ah. La empresa también aplicó un proceso de fabricación a menor temperatura, lo que permitió reducir la generación de gases.

El efecto resultó prometedor. Las celdas desarrolladas conservaron el 92,2 % de la energía inicial después de 883 ciclos completos de carga y descarga. Este es uno de los resultados más importantes del estudio, ya que precisamente la durabilidad y la generación de gases habían sido hasta ahora las principales barreras que dificultaban el uso de la tecnología LMR en grandes acumuladores de tracción.

Tal como destacó el profesor Jongwoo Lim: “El estudio permitió identificar las causas de la degradación de las baterías LMR desde la perspectiva de la reversibilidad de las reacciones del oxígeno y demostró que la estabilidad de las celdas solo se puede mejorar mediante un diseño adecuado de los protocolos electroquímicos”, según cita Korea Herald.

Por su parte, los representantes de LG Energy Solution señalan que los resultados muestran la posibilidad de limitar eficazmente la generación de gases manteniendo al mismo tiempo una vida útil cíclica estable, lo que podría acelerar la comercialización de esta tecnología.

Otro paso hacia automóviles eléctricos más económicos

Si se logra trasladar los resultados de laboratorio a la producción en masa, las baterías LMR podrían convertirse en una alternativa importante para las celdas actuales basadas en materias primas caras, especialmente el cobalto. Para los fabricantes de automóviles, esto significaría la posibilidad de reducir los costos de las baterías sin tener que renunciar a una alta densidad energética.

Por supuesto, el camino hacia la comercialización total es largo, pero los estudios más recientes demuestran que el futuro de las baterías no tiene por qué basarse únicamente en nuevos materiales. A veces, resulta igual de importante comprender y controlar mejor los procesos que ocurren dentro de la celda, según analiza The Korea Times.

¿Qué tecnologías de baterías se utilizan hoy a gran escala?

Actualmente, en los automóviles eléctricos predominan casi exclusivamente las baterías de iones de litio, pero existen en varias variantes químicas principales:

• NMC (níquel-manganeso-cobalto)

La tecnología más popular en muchos automóviles europeos, coreanos y japoneses. Combina una alta densidad energética con un buen alcance.

• NCA (níquel-cobalto-aluminio)

Tecnología de muy alta densidad energética, utilizada, entre otros, por Tesla en algunos modelos producidos en EE. UU. y por algunos fabricantes de gama alta.

• LFP (lítio-ferro-fosfato)

Actualmente el segmento del mercado con mayor crecimiento. Las baterías son más económicas, no utilizan cobalto ni níquel, y se caracterizan por su alta durabilidad y seguridad.

LMFP (lítio-manganeso-ferro-fosfato)

Versión en desarrollo del LFP con adición de manganeso, cuyo objetivo es aumentar la densidad energética manteniendo costos bajos. Ya aparecen las primeras aplicaciones comerciales, principalmente en China.

• LTO (lítio-titano)

Tecnología de nicho, utilizada principalmente en autobuses, sistemas de almacenamiento de energía y vehículos especializados. Ofrece una carga muy rápida y una durabilidad excepcional, pero tiene baja densidad energética.

• LMR (rico en manganeso de litio)

Es precisamente sobre esta última tecnología en la que trabaja LG Energy Solution. Aún no se produce a gran escala, pero se considera uno de los candidatos para la próxima generación de baterías de tracción gracias a su capacidad para reducir costos y disminuir la dependencia del cobalto.

Oskar Włostowski