I catodi al litio ricchi di manganese sono da un decennio l'idea incompiuta più allettante dell'industria delle batterie: alta densità energetica, materie prime economiche, zero cobalto. Però decadono. LG Energy Solution e la Seoul National University dicono ora di aver scoperto il perché, e la soluzione si rivela essere un cambiamento nel modo in cui le celle vengono caricate, più che in ciò di cui sono fatte.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

Da dove arriva l'energia in più, e dove finisce

In un catodo convenzionale solo i metalli di transizione — nichel, manganese — accumulano e rilasciano carica. In un catodo LMR partecipa anche l'ossigeno. È quel processo redox anionico a garantire la capacità aggiuntiva, ed è anche il problema.

In scarica, l'ossigeno ossidato non torna completamente al suo stato originario. Ciò che resta danneggia la struttura cristallina e genera gas. In una piccola cella a bottone da laboratorio è un fenomeno tollerabile. In una cella automobilistica di grande formato, il gas aumenta la pressione interna e le prestazioni crollano.

La soluzione è una finestra di tensione più stretta

Il gruppo di ricerca ha modificato la finestra operativa anziché la chimica, e ha abbassato la temperatura della fase di formazione — la prima carica controllata che una cella riceve in fabbrica.

Modifica Da A Effetto
Tensione massima di carica 4.6 V 4.3 V Il recupero dell'ossigeno sale dall'86% al 97%
Tensione minima di scarica 3.0 V 2.0 V Recupero dell'ossigeno quasi completo
Temperatura di formazione — Abbassata Minore generazione di gas

Testato su celle da 40 Ah — di scala automobilistica, non celle a bottone — il risultato è stato oltre il 92,2% dell'energia originaria conservato dopo 883 cicli di carica e scarica.

Ciò che davvero non si sa

Mancano due elementi, e sono proprio i due che deciderebbero se tutto questo conta sul piano commerciale. LG non ha pubblicato alcun dato sulla densità energetica né sulla potenza di ricarica delle celle stabilizzate. Non ha indicato alcuna tempistica di commercializzazione né una data di produzione.

Su quell'assenza vale la pena soffermarsi. Caricare a 4,3 V invece che a 4,6 V significa rinunciare a una parte della capacità che quel tetto più alto serviva a raggiungere: lo scambio accettato dai ricercatori è durabilità contro energia, e senza un valore in Wh/kg nessuno fuori da LG può dire quanto sia vantaggioso. Una cella che sopravvive a 883 cicli ma eroga meno energia di una cella ad alto contenuto di nichel già in produzione è un risultato di ricerca, non un prodotto.

Il legame con Tesla, e cosa arriva in Europa

LG è uno dei fornitori di celle di Tesla e produce le celle 2170 impiegate nella produzione di Model 3 e Model Y, quindi una chimica che LG è effettivamente in grado di fabbricare è una chimica che potrebbe plausibilmente arrivare su una Tesla. Questo è il limite onesto dell'affermazione: nulla di quanto emerso dice che Tesla abbia scelto la LMR, e Tesla non ha commentato.

Ciò per cui la LMR competerebbe è la fascia intermedia della gamma. La gamma europea di Tesla si divide già tra LFP — economiche, durevoli, meno dense di energia — e celle ad alto contenuto di nichel nelle vetture a maggiore autonomia. La LMR punta esattamente allo spazio tra le due: più energia della LFP, sensibilmente meno costosa del nichel-cobalto e con la questione della filiera del cobalto eliminata.

Per un acquirente europeo, la lettura pratica è che la chimica ricca di manganese è passata da «promettente ma degrada» a «degrada molto meno di prima, a un costo che non ci è stato detto». Il passaggio di ProLogium alla produzione in serie di celle allo stato solido ha una data associata. Questo no, e finché non l'avrà resta nella colonna della ricerca.