Дешевші акумулятори для електромобілів стають все ближчими. Чи вирішить LG Energy Solution проблему LMR?

Коротко кажучи:

Літій-марганцеві акумулятори (LMR) вважаються однією з найбільш перспективних технологій

Проблемою є їхня тривалість служби та утворення газів всередині елементів

Немає сумнівів, що незабаром ці перешкоди будуть усунені – про це свідчать найновіші дослідження LG Solution та вчених з Університету Сеула

Розроблені елементи зберегли 92,2% початкової енергії після 883 повних циклів заряджання та розряджання

LG та дешевші акумулятори на горизонті

Змагання за дешевші та ефективніші акумулятори для електромобілів триває у всій своїй силі. Одним із напрямків, який протягом кількох років викликає особливий інтерес у галузі, є акумулятори з катодами типу lithium manganese-rich (LMR), тобто багаті на марганець.

Вчені з LG Energy Solution разом із командою проф. Jongwoo Lima з Національного університету в Сеулі повідомили про досягнення у вирішенні однієї з найсерйозніших проблем цієї технології. Результати досліджень були опубліковані у журналі „Nature Communications“ та свідчать про те, що належне керування процесами заряджання, розряджання та формування елементів може суттєво покращити стабільність великих елементів LMR, призначених для електромобілів.

Технологія LMR є привабливою насамперед тому, що дозволяє використовувати марганець, який є значно дешевшим сировиною, ніж кобальт. Водночас вона зберігає потенціал високої щільності енергії завдяки використанню електрохімічних реакцій, які відбуваються не лише за участю нікелю та марганцю, а й кисню, що знаходиться в структурі катоду – повідомляє Electric CarS Report

Кисень був найбільшою проблемою

Саме активність кисню досі є основною перешкодою у комерціалізації акумуляторів LMR. Під час заряджання частина кисню в структурі катоду піддається окисненню. Якщо під час розряджання він не повертається повністю до початкового стану, може відбуватися деградація матеріалу катоду та утворення газів всередині елемента.

У випадку великих елементів, які використовуються у електромобілях, ця проблема є особливо значущою. Обмежена кількість вільного простору всередині елемента призводить до того, що накопичувані гази можуть підвищувати тиск, погіршувати характеристики акумулятора, скорочувати його термін служби, а також впливати на безпеку використання – пише Herald Corp.

Дослідники проаналізували поведінку кисню за різних параметрів заряджання та розряджання. Виявилося, що ключове значення має не лише максимальна напруга заряджання, а й нижня межа напруги під час розряджання.

Під час тестів зниження верхньої напруги зарядки з 4,6 В до 4,3 В підвищило ефективність відновлення окисленого кисню з 86 до 97 відсотків. Крім того, зниження кінцевої напруги розряду з типових 3,0 В до 2,0 В дозволило повернути кисень майже до його початкового хімічного стану – повідомляє Finance Yahoo.

Майже 900 циклів та понад 92 відсотки ємності

На основі отриманих результатів LG Energy Solution перепроєктувала діапазон робочих напруг та процес формування великих елементів LMR ємністю 40 А·год. Компанія також використала формування при нижчій температурі, що дозволило обмежити утворення газів.

Ефект виявився обнадійливим. Розроблені елементи зберегли 92,2 відсотка початкової енергії після 883 повних циклів заряджання та розряджання. Це один із найважливіших результатів дослідження, адже саме довговічність та утворення газів досі були основними перешкодами, що ускладнювали використання технології LMR у великих акумуляторах для транспорту.

Як підкреслив проф. Jongwoo Lim: „Дослідження дозволило виявити причини деградації акумуляторів LMR з точки зору зворотності реакції кисню та показало, що стабільність елементів можна покращити лише шляхом належного проектування електрохімічних протоколів“ – цитує Korea Herald.

Зі свого боку представники LG Energy Solution зазначають, що результати демонструють можливість ефективного обмеження утворення газів при одночасному збереженні стабільної циклічної довговічності, що може прискорити комерціалізацію цієї технології.

Наступний крок до дешевших електромобілів

Якщо вдасться перенести результати лабораторних досліджень на масове виробництво, то акумулятори LMR можуть стати значною альтернативою сучасним елементам, заснованим на дорогих матеріалах, особливо кобальті. Для виробників автомобілів це означатиме можливість зниження вартості акумуляторів без необхідності жертвувати високою щільністю енергії.

Звісно, шлях до повної комерціалізації є довгим, але найновіші дослідження показують, що майбутнє акумуляторів не обов’язково має ґрунтуватися виключно на нових матеріалах. Іноді так само важливим виявляється краще розуміння та контроль процесів, що відбуваються всередині елемента – аналізує The Korea Times.

Які технології акумуляторів сьогодні використовуються на масовому рівні?

Наразі в електромобілях домінують майже виключно літій-іонні акумулятори, але вони існують у кількох основних хімічних варіантах:

• NMC (нікель-марганець-кобальт)

Найпопулярніша технологія у багатьох європейських, корейських та японських автомобілях. Вона поєднує високу щільність енергії з хорошою дальністю їзди.

• NCA (нікель-кобальт-алюміній)

Технологія з дуже високою щільністю енергії, яка використовується, зокрема, компанією Tesla у деяких моделях, вироблених у США, а також деякими виробниками преміум-класу.

• LFP (літій-залізо-фосфатна)

Наразі найшвидше зростаючий сегмент ринку. Акумулятори є дешевшими, не містять кобальту чи нікелю, відрізняються високою довговічністю та безпекою.

LMFP (літій-марганцево-залізо-фосфатна)

Розроблена версія LFP з додаванням марганцю, яка має підвищити щільність енергії при збереженні низьких витрат. Перші комерційні застосування вже з’являються, переважно в Китаї.

• LTO (літій-титанова)

Нішева технологія, яка використовується переважно у автобусах, системах зберігання енергії та спеціалізованих транспортних засобах. Вона забезпечує дуже швидке заряджання та виняткову довговічність, але має низьку щільність енергії.

• LMR (багата на марганець)

Саме над цією останньою технологією працює LG Energy Solution. Її ще не виробляють масово, але її вважають одним із кандидатів на роль батарей наступного покоління завдяки можливості зниження витрат та скорочення залежності від кобальту.

Оскар Влостовський