A LG prepara uma bateria mais barata que as LFP e com 33% a mais de densidade energética

A LG Energy Solution acaba de dar um passo importante para resolver um dos problemas que há anos dificultavam o desenvolvimento de uma química particularmente promissora. A empresa sul-coreana, em colaboração com a Universidade Nacional de Seul, conseguiu melhorar significativamente a durabilidade das baterias LMR, ricas em manganês, a ponto de demonstrar seu funcionamento em células de grande porte destinadas a carros elétricos.

A pesquisa, publicada na Nature Communications, mostra que uma célula LMR com capacidade superior a 40 Ah consegue manter 92,2% de sua energia inicial após 883 ciclos completos de carga e descarga. O interessante não é apenas esse número, mas também a maneira como os pesquisadores o alcançaram: modificando as condições de funcionamento da bateria para controlar melhor as reações do oxigênio.

A tecnologia LMR, abreviação em inglês para baterias de lítio ricas em manganês, está em discussão há anos como uma possível alternativa às baterias com alto teor de níquel e cobalto. Nas químicas de alta performance atuais, esses materiais permitem obter uma elevada densidade energética, mas também encarecem o produto. O manganês, por outro lado, é muito mais abundante e barato.

Nas células LMR desenvolvidas pela General Motors e LG Energy Solution, a composição é de aproximadamente 65% de manganês e 35% de níquel, com uma presença de cobalto praticamente insignificante. A GM afirma que essa configuração permite alcançar uma densidade energética cerca de 33% superior à das melhores baterias LFP, a um custo comparável.

Aqui residia exatamente o problema. As baterias LMR também utilizam o oxigênio presente no material do eletrodo para armazenar energia. Durante a carga, parte desse oxigênio se oxida e, se posteriormente não conseguir retornar corretamente ao seu estado original durante a descarga, pode acabar causando danos na estrutura interna da célula. Além disso, é gerado gás, o que é especialmente problemático quando se trata de células grandes destinadas a um carro elétrico, onde o espaço disponível é limitado e um aumento da pressão interna pode acelerar a degradação.

Os pesquisadores da LG Energy Solution e da Universidade Nacional de Seul descobriram que a solução residia, em grande parte, no controle mais eficaz da janela de operação. Ao reduzir a tensão máxima de carga de 4,6 para 4,3 volts, a recuperação do oxigênio oxidado passou de 86% para 97%. Eles também verificaram que reduzir a tensão mínima de descarga de 3,0 para 2,0 volts permitia que o oxigênio voltasse praticamente ao seu estado original.

Com base nesses resultados, a equipe modificou tanto a faixa de tensões quanto o processo inicial de formação das células. Esta última etapa também foi realizada a uma temperatura mais baixa para reduzir ainda mais a geração de gases. O resultado foi uma célula LMR de grande formato, com capacidade superior a 40 Ah, que manteve 92,2% de sua energia após 883 ciclos completos. O estudo indica ainda uma energia específica de 663 Wh/kg, considerando a massa do material ativo do eletrodo positivo, embora esse valor não deva ser confundido com a densidade energética do conjunto completo de baterias de um carro.

Pode parecer que 883 ciclos não são muitos para uma bateria de carro elétrico, mas esse número muda quando convertido em quilômetros percorridos. Se tomarmos como referência um carro com uma autonomia de aproximadamente 640 quilômetros, 883 ciclos completos equivaleriam a cerca de 565.000 quilômetros. Com esse uso, a bateria teria perdido cerca de 8% de sua energia inicial, segundo os resultados obtidos em laboratório.

E há outro detalhe especialmente importante: o avanço não depende da introdução de um material completamente novo nem da modificação total das fábricas de baterias. Os pesquisadores demonstraram que uma parte fundamental do problema pode ser resolvida simplesmente otimizando as condições eletroquímicas de funcionamento. Isso abre caminho para uma implementação muito mais simples caso os resultados se mantenham quando essa tecnologia for levada à produção industrial em larga escala.

Além disso, não estamos diante de uma química que ficou apenas no laboratório. A General Motors e a LG Energy Solution já trabalham para levar as baterias LMR aos carros elétricos em produção. Ambas as empresas pretendem iniciar a pré-produção das células prismáticas LMR no final de 2027 e começar a produção comercial nos Estados Unidos em 2028 por meio da Ultium Cells.

O objetivo inicial são os grandes SUVs e as picapes elétricas da GM, onde o peso e o custo de uma bateria de grande capacidade têm um impacto especialmente importante. A empresa quer manter autonomias superiores a 640 quilômetros, ao mesmo tempo em que reduz o custo em comparação com as baterias atuais com alto teor de níquel. Na verdade, a GM trabalha com essa química desde 2015 e afirma já ter testado centenas de células prismáticas de grande formato em diferentes configurações.

A combinação é especialmente interessante porque as baterias LMR podem ocupar um espaço intermediário entre as LFP e as químicas com muito níquel. A primeira vantagem é o custo do manganês; a segunda, uma densidade energética consideravelmente maior que a das LFP; e a terceira, a possibilidade de manter autonomias elevadas sem recorrer a grandes quantidades de níquel e cobalto.

Ainda precisa ser demonstrado como essa tecnologia se comportará em milhões de células fabricadas em série e nas condições reais de uso de um carro elétrico. Também será necessário verificar qual densidade energética o conjunto completo acabará alcançando e como seu desempenho evolui após milhares de ciclos. No entanto, o avanço divulgado agora pela LG Energy Solution e pela Universidade Nacional de Seul elimina um dos principais obstáculos que há anos dificultavam o desenvolvimento das baterias LMR: a degradação causada por reações irreversíveis do oxigênio e pela geração de gases.

Se a industrialização prevista pela GM e LG Energy Solution cumprir os prazos, as primeiras aplicações chegarão em 2028. Isso significa que uma bateria capaz de oferecer grande autonomia, utilizar muito menos cobalto e reduzir o custo de produção pode estar bem mais perto dos carros elétricos que usamos diariamente do que parecia há apenas alguns anos.

Fonte | LG

Pontos-chave

A química utilizada contém aproximadamente 65% de manganês e 35% de níquel, com muito pouco cobalto.

A densidade energética pode ser 33% superior à das melhores baterias LFP, segundo a GM.

Uma célula com mais de 40 Ah manteve 92,2% de sua energia após 883 ciclos.

O controle da tensão durante o carregamento e descarregamento permite recuperar até 97% do oxigênio oxidado.

A GM e a LG Energy Solution preveem iniciar a produção comercial de células LMR em 2028.

As primeiras aplicações serão destinadas aos grandes SUVs e picapes elétricos da GM.

Com uma autonomia de cerca de 640 quilômetros, 883 ciclos equivalem aproximadamente a 565.000 quilômetros.