Le batterie più economiche per i veicoli elettrici sono sempre più vicine. LG Energy Solution risolverà il problema LMR?

In sintesi:

Le batterie al litio-manganese (LMR) sono considerate una delle tecnologie più promettenti

Il problema riguarda la loro durata e la formazione di gas all’interno delle cellule

Non è escluso che questi ostacoli vengano superati a breve: questo emerge dalle ultime ricerche di LG Solution e degli scienziati dell’università di Seul

Le cellule sviluppate hanno mantenuto il 92,2% dell’energia iniziale dopo 883 cicli completi di carica e scarica

LG e le batterie più economiche all’orizzonte

La gara per batterie più economiche e performanti per auto elettriche è in pieno svolgimento. Uno dei settori che da alcuni anni suscita particolare interesse nel settore sono le batterie che utilizzano catodi di tipo lithium manganese-rich (LMR), ovvero ricchi di manganese.

Gli scienziati di LG Energy Solution, insieme al team del prof. Jongwoo Lim dell’Università Nazionale di Seul, hanno annunciato progressi nella risoluzione di uno dei problemi più gravi legati a questa tecnologia. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista “Nature Communications” e indicano che una gestione adeguata dei processi di carica, scarica e formazione delle celle può migliorare notevolmente la stabilità delle grandi celle LMR destinate ai veicoli elettrici.

La tecnologia LMR è attraente soprattutto perché permette di utilizzare il manganese, che è una materia prima molto più economica del cobalto. Allo stesso tempo mantiene il potenziale di un’alta densità energetica grazie all’utilizzo di reazioni elettrochimiche che avvengono non solo con la partecipazione di nichel e manganese, ma anche dell’ossigeno presente nella struttura della catodo – riporta l’Electric CarS Report

L’ossigeno è stato il problema principale

È proprio l’attività dell’ossigeno ad aver rappresentato finora l’ostacolo principale per la commercializzazione delle batterie LMR. Durante la carica, una parte dell’ossigeno presente nella struttura della catodo viene ossidata. Se durante la scarica non torna completamente allo stato iniziale, può verificarsi una degradazione del materiale catodico e la formazione di gas all’interno della cella.

Nel caso delle grandi cellule utilizzate nelle auto elettriche, il problema è particolarmente rilevante. La limitata quantità di spazio disponibile all’interno della cellula fa sì che i gas accumulatisi possano aumentare la pressione, peggiorare le prestazioni della batteria, ridurne la durata di vita e influenzare anche la sicurezza d’uso – scrive Herald Corp.

I ricercatori hanno analizzato il comportamento dell’ossigeno sotto diversi parametri di carica e scarica. È emerso che è fondamentale non solo la tensione massima di carica, ma anche il limite inferiore della tensione durante la scarica.

Durante i test, la riduzione della tensione di carica massima da 4,6 V a 4,3 V ha aumentato l’efficacia nel ripristinare l’ossigeno ossidato dal 86 al 97 percento. Inoltre, la diminuzione della tensione di scarica finale dai tipici 3,0 V a 2,0 V ha permesso di riportare l’ossigeno quasi al suo stato chimico iniziale – riferisce Finance Yahoo.

Quasi 900 cicli e oltre il 92 percento di capacità

Sulla base dei risultati ottenuti, LG Energy Solution ha riprogettato l’intervallo di tensioni operative nonché il processo di fabbricazione dei grandi pannelli LMR con capacità di 40 Ah. L’azienda ha inoltre adottato un processo di formazione a temperatura più bassa, il che ha permesso di ridurre la generazione di gas.

L’effetto si è rivelato promettente: le cellule sviluppate hanno mantenuto il 92,2% dell’energia iniziale dopo 883 cicli completi di carica e scarica. Si tratta di uno dei risultati più importanti della ricerca, poiché proprio la durata e la formazione di gas erano fino ad ora i principali ostacoli che impedivano l’utilizzo della tecnologia LMR nei grandi accumulatori per veicoli.

Come ha sottolineato il prof. Jongwoo Lim: “La ricerca ha permesso di identificare le cause della degradazione delle batterie LMR dal punto di vista della reversibilità delle reazioni dell’ossigeno e ha dimostrato che la stabilità delle cellule può essere migliorata soltanto attraverso una progettazione adeguata dei protocolli elettrochimici” – citato da Korea Herald.

I rappresentanti di LG Energy Solution, invece, affermano che i risultati mostrano la possibilità di limitare efficacemente la generazione di gas mantenendo al contempo una stabile durata ciclica, il che potrebbe accelerare la commercializzazione di questa tecnologia.

Un altro passo verso auto elettriche più economiche

Se i risultati di laboratorio potranno essere traslati alla produzione su larga scala, le batterie LMR potrebbero diventare un’alternativa significativa alle celle attualmente utilizzate, basate su materie prime costose come il cobalto. Per i produttori di automobili ciò significherebbe la possibilità di ridurre i costi delle batterie senza dover rinunciare a un’elevata densità energetica.

Ovviamente il percorso verso una piena commercializzazione è lungo, ma gli ultimi studi dimostrano che il futuro delle batterie non deve necessariamente basarsi esclusivamente su nuovi materiali. A volte risulta altrettanto importante una migliore comprensione e controllo dei processi che avvengono all’interno della cella – analizza The Korea Times.

Quali tecnologie batteriche vengono oggi utilizzate su larga scala?

• NMC (nicchel-mangan-cobalto)

La tecnologia più diffusa in molti veicoli europei, coreani e giapponesi. Unisce un’alta densità energetica a una buona autonomia.

• NCA (nicchel-cobalto-alluminio)

Tecnologia ad altissima densità energetica, utilizzata tra l’altro da Tesla in alcune versioni dei modelli prodotti negli Stati Uniti e da alcuni produttori di fascia premium.

• LFP (litio-ferro-fosfato)

Attualmente il segmento di mercato in più rapida crescita. Le batterie sono più economiche, non contengono cobalto né nichel, e si caratterizzano per elevata durata e sicurezza.

LMFP (litio-manganese-ferro-fosfato)

Versione sviluppata del LFP con l’aggiunta di manganese, volta ad aumentare la densità energetica mantenendo costi bassi. Le prime applicazioni commerciali sono già emerse, principalmente in Cina.

• LTO (litio-titanio)

Tecnologia di nicchia, utilizzata principalmente in autobus, sistemi di accumulo energetico e veicoli specializzati. Offre una carica molto rapida e un’eccezionale durata, ma presenta una bassa densità energetica.

• LMR (ricco di manganese)

È proprio su questa ultima tecnologia che lavora LG Energy Solution. Non viene ancora prodotta su larga scala, ma è considerata uno dei candidati per la prossima generazione di batterie per veicoli, grazie alla possibilità di ridurre i costi e di diminuire la dipendenza dal cobalto.

Oskar Włostowski