Des batteries moins chères pour les véhicules électriques sont de plus en plus proches. LG Energy Solution résoudra-t-elle le problème LMR ?

En bref :

Les batteries au lithium-manganèse (LMR) sont considérées comme l’une des technologies les plus prometteuses

Le problème réside dans leur durée de vie et dans la formation de gaz à l’intérieur des cellules

Il n’est pas exclu que ces obstacles soient bientôt surmontés, selon les dernières recherches menées par LG Solution et des scientifiques de l’université de Seul

Les cellules développées ont conservé 92,2 % de l’énergie initiale après 883 cycles complets de charge et de décharge

LG et les batteries moins chères à l’horizon

La course aux batteries plus économiques et plus performantes pour les voitures électriques bat son plein. L’un des domaines qui suscite depuis plusieurs années un intérêt particulier dans le secteur sont les batteries utilisant des cathodes de type lithium riche en manganèse (LMR).

Les scientifiques de LG Energy Solution, en collaboration avec l’équipe du professeur Jongwoo Lim de l’Université nationale de Séoul, ont annoncé des progrès dans la résolution l’un des problèmes les plus graves de cette technologie. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans la revue « Nature Communications » et indiquent que une gestion adéquate des processus de charge, de décharge ainsi que de fabrication des cellules peut améliorer considérablement la stabilité des grandes cellules LMR destinées aux véhicules électriques.

La technologie LMR est attrayante avant tout parce qu’elle permet d’utiliser du manganèse, qui est une matière première bien moins chère que le cobalt. En même temps, elle conserve un potentiel de haute densité énergétique grâce à l’utilisation de réactions électrochimiques impliquant non seulement du nickel et du manganèse, mais aussi de l’oxygène présent dans la structure de la cathode – rapporte Electric CarS Report.

L’oxygène était le plus grand problème.

C’est justement l’activité de l’oxygène qui a jusqu’à présent constitué le principal obstacle à la commercialisation des batteries LMR. Lors du chargement, une partie de l’oxygène présent dans la structure de la cathode subit une oxydation. Si, lors du déchargement, il ne revient pas entièrement à son état initial, cela peut entraîner une dégradation du matériau cathodique et la formation de gaz à l’intérieur de la cellule.

Dans le cas des grandes cellules utilisées dans les voitures électriques, ce problème est particulièrement important. La quantité limitée d’espace libre à l’intérieur de la cellule fait que les gaz qui s’y accumulent peuvent augmenter la pression, détériorer les performances de l’accumulateur, raccourcir sa durée de vie, et affecter également la sécurité d’utilisation – écrit Herald Corp.

Les chercheurs ont analysé le comportement de l’oxygène sous différents paramètres de charge et de décharge. Il s’est avéré que non seulement la tension maximale de charge est cruciale, mais aussi la limite inférieure de la tension lors de la décharge.

Lors des tests, la réduction de la tension de charge maximale de 4,6 V à 4,3 V a augmenté l’efficacité de restauration de l’oxygène oxydé de 86 % à 97 %. De plus, la baisse de la tension de décharge finale, passant de 3,0 V à 2,0 V en moyenne, a permis de ramener l’oxygène à presque son état chimique initial – indique Finance Yahoo.

Près de 900 cycles et plus de 92 % de capacité

Sur la base des résultats obtenus, LG Energy Solution a redessiné la plage de tensions de fonctionnement ainsi que le processus de fabrication des grandes cellules LMR d’une capacité de 40 Ah. L’entreprise a également recours à une fabrication à température plus basse, ce qui permet de limiter la formation de gaz.

L’effet s’est avéré prometteur. Les cellules développées ont conservé 92,2 % de l’énergie initiale après 883 cycles complets de charge et de décharge. Il s’agit d’un des résultats les plus importants de cette étude, car c’est justement la durabilité et la formation de gaz qui constituaient jusqu’à présent les principales barrières à l’utilisation de la technologie LMR dans de grands accumulateurs électriques.

D’autre part, les représentants de LG Energy Solution indiquent que ces résultats montrent la possibilité de limiter efficacement la formation de gaz tout en maintenant une durée de vie cyclique stable, ce qui pourrait accélérer la commercialisation de cette technologie.

Un nouvel pas vers des voitures électriques moins chères

Si les résultats de laboratoire peuvent être mis en œuvre à l’échelle industrielle, les batteries LMR pourraient devenir une alternative importante aux cellules actuellement utilisées, basées sur des matières premières coûteuses, en particulier le cobalt. Pour les constructeurs automobiles, cela signifierait la possibilité de réduire le coût des accumulateurs sans devoir renoncer à une haute densité énergétique.

Bien sûr, le chemin vers une commercialisation complète est long, mais les dernières recherches montrent que l’avenir des batteries n’a pas besoin de reposer exclusivement sur de nouveaux matériaux. Parfois, une meilleure compréhension et un contrôle plus efficace des processus qui se déroulent à l’intérieur de la cellule s’avèrent tout aussi importants, analyse The Korea Times.

Quelles technologies de batteries sont utilisées à grande échelle aujourd’hui ?

Actuellement, les voitures électriques sont presque entièrement équipées de batteries lithium-ion, mais celles-ci existent en plusieurs variantes chimiques principales :

• NMC (nickel-mangan-cobalt)

La technologie la plus répandue dans de nombreux véhicules européens, coréens et japonais. Elle allie une haute densité énergétique à une bonne autonomie.

• NCA (nickel-cobalt-aluminium)

Techologie à très haute densité énergétique, utilisée notamment par Tesla dans certaines de ses modèles fabriqués aux États-Unis ainsi que par certains fabricants haut de gamme.

• LFP (lithium-fer-phosphate)

C’est actuellement le segment du marché qui connaît la croissance la plus rapide. Ces batteries sont moins chères, ne contiennent ni cobalt ni nickel, et se distinguent par une grande durabilité et une sécurité élevée.

LMFP (lithium-manganèse-fer-phosphate)

Version du LFP développée avec l’ajout de manganèse, afin d’augmenter la densité énergétique tout en maintenant des coûts faibles. Les premières applications commerciales apparaissent déjà, principalement en Chine.

• LTO (lithium-titane)

Techologie de niche, utilisée principalement dans les bus, les stations d’accumulation d’énergie et les véhicules spécialisés. Elle offre un chargement très rapide et une durabilité exceptionnelle, mais sa densité énergétique est faible.

• LMR (lithium riche en manganèse)

C’est précisément sur cette dernière technologie que travaille LG Energy Solution. Elle n’est pas encore produite en série, mais elle est considérée comme l’un des candidats pour la prochaine génération de batteries électriques, grâce à sa capacité à réduire les coûts et à diminuer la dépendance au cobalt.

Oskar Włostowski