Lithium-manganreiche Kathoden sind seit einem Jahrzehnt die verlockendste unvollendete Idee der Batteriebranche: hohe Energiedichte, günstige Rohstoffe, kein Kobalt. Sie lassen aber auch nach. LG Energy Solution und die Seoul National University sagen nun, sie hätten den Grund dafür gefunden — und die Lösung liegt nicht im Material, sondern darin, wie die Zellen geladen werden.

Die Arbeit wurde in Nature Communications veröffentlicht.

Woher die zusätzliche Energie kommt und wohin sie verschwindet

In einer herkömmlichen Kathode speichern und geben nur die Übergangsmetalle — Nickel, Mangan — Ladung ab. In einer LMR-Kathode beteiligt sich auch der Sauerstoff. Dieser anionische Redoxprozess erkauft die zusätzliche Kapazität, und er ist zugleich das Problem.

Beim Entladen kehrt der oxidierte Sauerstoff nicht vollständig in seinen Ausgangszustand zurück. Was zurückbleibt, schädigt die Kristallstruktur und erzeugt Gas. In einer kleinen Knopfzelle im Labor ist das tolerierbar. In einer großformatigen Automobilzelle erhöht das Gas den Innendruck, und die Leistung bricht weg.

Die Lösung ist ein engeres Spannungsfenster

Das Team veränderte das Betriebsfenster statt der Chemie und senkte die Temperatur des Formierungsschritts — der ersten kontrollierten Ladung, die eine Zelle im Werk erhält.

Änderung Von Auf Wirkung
Obere Ladespannung 4.6 V 4.3 V Sauerstoffrückbildung steigt von 86% auf 97%
Untere Entladespannung 3.0 V 2.0 V Sauerstoffrückbildung nahezu vollständig
Formierungstemperatur — Gesenkt Weniger Gasbildung

Getestet an 40-Ah-Zellen — im Automobilmaßstab, nicht als Knopfzellen — lautete das Ergebnis: über 92,2 % der ursprünglichen Energie blieben nach 883 Lade- und Entladezyklen erhalten.

Was wirklich unbekannt ist

Zwei Angaben fehlen, und es sind genau die beiden, die über die kommerzielle Relevanz entscheiden würden. LG hat weder eine Energiedichte noch eine Ladeleistung für die stabilisierten Zellen veröffentlicht. Es gibt keinen Zeitplan für die Kommerzialisierung und keinen Produktionstermin.

Dieses Fehlen sollte man ernst nehmen. Auf 4,3 V statt auf 4,6 V zu laden bedeutet, einen Teil der Kapazität aufzugeben, für die die höhere Obergrenze überhaupt da war — das Team hat Haltbarkeit gegen Energie getauscht, und ohne eine Wh/kg-Angabe kann niemand außerhalb von LG beurteilen, wie gut dieser Tausch ist. Eine Zelle, die 883 Zyklen übersteht, aber weniger Energie liefert als eine bereits in Produktion befindliche nickelreiche Zelle, ist ein Forschungsergebnis, kein Produkt.

Der Tesla-Bezug und was Europa erreicht

LG ist einer der Zelllieferanten von Tesla und produziert 2170-Zellen, die in der Fertigung von Model 3 und Model Y eingesetzt werden. Eine Chemie, die LG tatsächlich herstellen kann, ist damit eine Chemie, die plausibel in einem Tesla landen könnte. Das ist die ehrliche Grenze der Aussage: Nichts hier besagt, dass Tesla sich für LMR entschieden hat, und Tesla hat sich nicht dazu geäußert.

Worum LMR konkurrieren würde, ist die Mitte des Angebots. Teslas europäische Palette teilt sich schon heute in LFP — günstig, langlebig, weniger energiedicht — und nickelreiche Zellen in den Fahrzeugen mit größerer Reichweite. LMR zielt genau auf die Lücke dazwischen: mehr Energie als LFP, deutlich günstiger als Nickel-Kobalt und ohne die Frage nach der Kobalt-Lieferkette.

Für Käufer in Europa lautet die praktische Lesart: Manganreiche Chemie hat sich von „vielversprechend, aber sie degradiert” zu „degradiert deutlich weniger als früher, zu Kosten, die man uns nicht genannt hat” entwickelt. ProLogiums Einstieg in die Serienproduktion von Feststoffzellen hat ein Datum. Dies hier nicht — und solange das so bleibt, gehört es in die Forschungsspalte.