Baterias mais baratas para veículos elétricos estão cada vez mais próximas. A LG Energy Solution resolverá o problema da LMR?

Em resumo:

As baterias de lítio-manganês (LMR) são consideradas uma das tecnologias mais promissoras

O problema está na sua durabilidade e na geração de gases dentro das células

Não é improvável que esses obstáculos sejam superados em breve – isso resulta dos mais recentes estudos da LG Solution e de cientistas da universidade de Seul

As células desenvolvidas mantiveram 92,2% da energia inicial após 883 ciclos completos de carregamento e descarregamento

A LG e as baterias mais baratas no horizonte

A corrida por baterias mais baratas e eficientes para carros elétricos está em pleno andamento. Uma das direções que desperta especial interesse no setor há vários anos são as baterias que utilizam cátodos do tipo lítio-manganês-rico (LMR), ou seja, ricos em manganês.

Cientistas da LG Energy Solution, em parceria com a equipe do professor Jongwoo Lim da Universidade Nacional de Seul, anunciaram avanços na solução de um dos problemas mais graves dessa tecnologia. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista “Nature Communications” e indicam que um gerenciamento adequado dos processos de carregamento, descarregamento e formação das células pode melhorar significativamente a estabilidade das grandes células LMR destinadas a veículos elétricos.

A tecnologia LMR é atraente principalmente porque permite o uso de manganês, que é um material muito mais barato que o cobalto. Ao mesmo tempo, mantém o potencial de alta densidade energética graças ao uso de reações eletroquímicas que ocorrem não apenas com a participação de níquel e manganês, mas também do oxigênio presente na estrutura da catodo – relata o Electric CarS Report

O oxigênio foi o maior problema

Foi justamente a atividade do oxigênio que, até agora, representou o principal obstáculo para a comercialização das baterias LMR. Durante a carga, parte do oxigênio na estrutura do catodo sofre oxidação. Se, durante a descarga, ele não retornar completamente ao estado original, pode ocorrer degradação do material catódico e formação de gases dentro da célula.

No caso das grandes células usadas em carros elétricos, o problema é especialmente relevante. A quantidade limitada de espaço livre dentro da célula faz com que os gases acumulados possam aumentar a pressão, piorar o desempenho do acumulador, encurtar sua vida útil e também afetar a segurança de uso – escreve a Herald Corp.

Os pesquisadores analisaram o comportamento do oxigênio sob diferentes parâmetros de carregamento e descarregamento. Verificou-se que é fundamental não apenas a tensão máxima de carregamento, mas também o limite inferior da tensão durante o descarregamento.

Durante os testes, a redução da tensão de carregamento máxima de 4,6 V para 4,3 V aumentou a eficiência na restauração do oxigênio oxidado de 86% para 97%. Além disso, a redução da tensão de descarregamento final, de 3,0 V para 2,0 V, permitiu que o oxigênio voltasse quase ao seu estado químico original – informa a Finance Yahoo.

Quase 900 ciclos e mais de 92% da capacidade

Com base nos resultados obtidos, a LG Energy Solution redesenhou a faixa de tensões operacionais e o processo de fabricação das grandes células LMR com capacidade de 40 Ah. A empresa também adotou um processo de fabricação em temperatura mais baixa, o que ajudou a reduzir a geração de gases.

O efeito mostrou-se promissor. As células desenvolvidas mantiveram 92,2% da energia inicial após 883 ciclos completos de carregamento e descarregamento. Este é um dos resultados mais importantes do estudo, pois a durabilidade e a geração de gases eram até agora as principais barreiras que dificultavam o uso da tecnologia LMR em grandes baterias de tração.

Como destacou o prof. Jongwoo Lim: “O estudo permitiu identificar as causas da degradação das baterias LMR do ponto de vista da reversibilidade das reações com oxigênio e mostrou que a estabilidade das células só pode ser melhorada por meio de um projeto adequado dos protocolos eletroquímicos” – citado pelo Korea Herald.

Já os representantes da LG Energy Solution afirmam que os resultados indicam a possibilidade de reduzir efetivamente a geração de gases, mantendo ao mesmo tempo uma vida útil cíclica estável, o que pode acelerar a comercialização dessa tecnologia.

Próximo passo em direção a carros elétricos mais baratos

Se os resultados de laboratório puderem ser aplicados à produção em massa, as baterias LMR podem se tornar uma alternativa significativa às células atuais, baseadas em matérias-primas caras, especialmente cobalto. Para os fabricantes de automóveis, isso significaria a possibilidade de reduzir os custos dos acumuladores sem precisar abrir mão da alta densidade energética.

É claro que o caminho para a comercialização total é longo, mas pesquisas recentes mostram que o futuro das baterias não precisa se basear exclusivamente em novos materiais. Às vezes, torna-se igualmente importante um melhor entendimento e controle dos processos que ocorrem dentro da célula – analisa o The Korea Times.

Quais tecnologias de baterias são utilizadas em larga escala hoje?

• NMC (níquel-manganês-cobalto)

A tecnologia mais popular em muitos carros europeus, coreanos e japoneses. Combina alta densidade energética com bom alcance.

• NCA (níquel-cobalto-alumínio)

Tecnologia de densidade energética muito alta, utilizada, entre outros, pela Tesla em parte dos modelos produzidos nos EUA e por alguns fabricantes de produtos premium.

• LFP (lítio-ferro-fosfato)

O segmento de mercado que mais cresce atualmente. As baterias são mais baratas, não utilizam cobalto nem níquel, e se destacam por sua alta durabilidade e segurança.

LMFP (lítio-manganês-ferro-fosfato)

Versão em desenvolvimento do LFP com adição de manganês, visando aumentar a densidade energética mantendo custos baixos. As primeiras aplicações comerciais já estão surgindo, principalmente na China.

• LTO (lítio-titânio)

Tecnologia de nicho, usada principalmente em ônibus, sistemas de armazenamento de energia e veículos especializados. Oferece carregamento muito rápido e excepcional durabilidade, mas possui baixa densidade energética.

• LMR (rico em manganês de lítio)

É exatamente sobre essa última tecnologia que a LG Energy Solution está trabalhando. Ela ainda não é produzida em larga escala, mas é considerada uma das candidatas para a próxima geração de baterias de tração, graças à capacidade de reduzir custos e diminuir a dependência do cobalto.

Oskar Włostowski