Более дешевые аккумуляторы для электромобилей становятся все ближе. Сможет LG Energy Solution решить проблему LMR?

Кратко:

Литиево-марганцовые аккумуляторы (LMR) считаются одной из самых многообещающих технологий

Проблемами являются их долговечность и образование газов внутри элементов

Возможно, что уже в ближайшее время эти препятствия будут преодолены — таковы результаты последних исследований LG Solution и ученых из Сеульского университета

Разработанные элементы сохранили 92,2% первоначальной энергии после 883 полных циклов зарядки и разрядки

LG и более дешевые аккумуляторы на горизонте

Гонка за более дешевыми и эффективными аккумуляторами для электромобилей идет полным ходом. Одним из направлений, которое уже несколько лет вызывает особый интерес в отрасли, являются аккумуляторы с катодами типа lithium manganese-rich (LMR), то есть богатые марганцем.

Ученые из LG Energy Solution совместно с командой профессора Чонву Лима из Национального университета Сеула сообщили о прогрессе в решении одной из самых серьезных проблем этой технологии. Результаты исследований были опубликованы в журнале „Nature Communications“ и показывают, что правильное управление процессами зарядки, разрядки и формирования элементов питания может значительно улучшить стабильность крупных элементов LMR, предназначенных для электромобилей.

Технология LMR привлекательна прежде всего потому, что позволяет использовать марганец — сырье, значительно дешевле кобальта. В то же время она сохраняет потенциал высокой плотности энергии благодаря использованию электрохимических реакций, происходящих не только с участием никеля и марганца, но также кислорода, находящегося в структуре катода — сообщает Electric CarS Report

Кислород был главной проблемой

Именно активность кислорода до сих пор является основным препятствием для коммерциализации аккумуляторов LMR. Во время зарядки часть кислорода в структуре катода окисляется. Если при разрядке он не возвращается полностью в исходное состояние, может происходить деградация катодного материала и образование газов внутри элемента.

В случае крупных элементов питания, используемых в электромобилях, этая проблема особенно актуальна. Ограниченное количество свободного пространства внутри элемента питания приводит к тому, что накапливающиеся газы могут увеличивать давление, снижать характеристики аккумулятора, укорачивать его срок службы, а также влиять на безопасность использования — пишет Herald Corp.

Исследователи проанализировали поведение кислорода при различных параметрах зарядки и разрядки. Оказалось, что ключевое значение имеет не только максимальное напряжение зарядки, но и нижняя граница напряжения во время разрядки.

В ходе тестов снижение верхнего напряжения зарядки с 4,6 В до 4,3 В повысило эффективность восстановления окисленного кислорода с 86 до 97 процентов. Кроме того, снижение напряжения окончательной разрядки с типовых 3,0 В до 2,0 В позволило восстановить кислород почти до его первоначального химического состояния — сообщает Finance Yahoo.

Почти 900 циклов и более 92 процентов емкости

На основе полученных результатов LG Energy Solution перепроектировала диапазон рабочих напряжений, а также процесс формовки крупных элементов LMR емкостью 40 А·ч. Компания также применила формовку при более низкой температуре, что позволило сократить образование газов.

Результат оказался многообещающим. Разработанные элементы сохранили 92,2 процента первоначальной энергии после 883 полных циклов зарядки и разрядки. Это один из самых важных результатов исследования, поскольку именно долговечность и образование газов до сих пор были основными препятствиями, мешающими использованию технологии LMR в крупных тяговых аккумуляторах.

Как отметил профессор Чонву Лим: «Исследование позволило выявить причины деградации аккумуляторов LMR с точки зрения обратимости реакций кислорода и показало, что стабильность элементов можно улучшить только путем правильной разработки электрохимических протоколов», — цитирует Korea Herald.

Представители LG Energy Solution, в свою очередь, указывают, что результаты демонстрируют возможность эффективного сокращения образования газов при одновременном сохранении стабильной циклической жизнеспособности, что может ускорить коммерциализацию этой технологии.

Ещё один шаг к более дешевым электромобилям

Если удастся перенести результаты лабораторных исследований на массовое производство, то аккумуляторы LMR могут стать значимой альтернативой существующим элементам, основанным на дорогих материалах, в частности кобальте. Для производителей автомобилей это означало бы возможность снижения стоимости аккумуляторов без необходимости жертвовать высокой энергетической плотностью.

Конечно, путь к полной коммерциализации долог, но последние исследования показывают, что будущее аккумуляторов не обязательно должно основываться исключительно на новых материалах. Иногда столь же важным оказывается более глубокое понимание и контроль процессов, происходящих внутри элемента питания — отмечает The Korea Times.

Какие технологии аккумуляторов сегодня используются в массовом производстве?

В настоящее время в электромобилях доминируют практически исключительно литий-ионные аккумуляторы, но они существуют в нескольких основных химических вариантах:

• NMC (никель-марганец-кобальт)

Самая популярная технология во многих европейских, корейских и японских автомобилях. Она сочетает в себе высокую энергетическую плотность с хорошим радиусом действия.

• NCA (никель-кобальт-алюминий)

Технология с очень высокой плотностью энергии, используемая, в частности, компанией Tesla в некоторых моделях, производимых в США, а также некоторыми производителями премиум-класса.

• LFP (литий-железо-фосфатная)

В настоящее время самый быстрорастущий сегмент рынка. Аккумуляторы дешевле, не содержат кобальта и никеля, отличаются высокой долговечностью и безопасностью.

LMFP (литий-марганцово-железо-фосфатная)

Разрабатываемая версия LFP с добавлением марганца, предназначенная для повышения плотности энергии при сохранении низких затрат. Первые коммерческие внедрения уже появились, в основном в Китае.

• LTO (литий-титановая)

Нишевая технология, применяемая в основном в автобусах, системах хранения энергии и специализированных транспортных средствах. Обеспечивает очень быструю зарядку и высокую долговечность, но имеет низкую плотность энергии.

• LMR (богатая марганцем литиевая)

Именно над этой последней технологией работает LG Energy Solution. Она пока не производится в массовом объеме, но считается одним из кандидатов на роль батарей следующего поколения для транспортных средств благодаря возможности снижения затрат и уменьшения зависимости от кобальта.

Оскар Влостовский