Katody litowo-manganowe o wysokiej zawartości manganu są od dekady najbardziej kuszącym niedokończonym pomysłem branży akumulatorowej: wysoka gęstość energii, tanie surowce, brak kobaltu. Do tego się degradują. LG Energy Solution i Uniwersytet Narodowy w Seulu twierdzą teraz, że ustaliły przyczynę, a rozwiązaniem okazała się zmiana sposobu ładowania ogniw, a nie tego, z czego są zrobione.
Praca została opublikowana w Nature Communications.
Skąd bierze się dodatkowa energia i gdzie znika
W konwencjonalnej katodzie ładunek magazynują i oddają wyłącznie metale przejściowe — nikiel i mangan. W katodzie LMR bierze w tym udział również tlen. Ten anionowy proces redoks zapewnia dodatkową pojemność i jednocześnie jest źródłem problemu.
Przy rozładowaniu utleniony tlen nie wraca w pełni do stanu pierwotnego. To, co po nim zostaje, uszkadza strukturę krystaliczną i powoduje wydzielanie gazu. W małym laboratoryjnym ogniwie guzikowym jest to do zniesienia. W dużym ogniwie samochodowym gaz podnosi ciśnienie wewnętrzne, a osiągi spadają.
Rozwiązaniem jest węższe okno napięciowe
Zespół zmienił okno pracy, a nie chemię, i obniżył temperaturę etapu formowania — pierwszego kontrolowanego ładowania, które ogniwo otrzymuje w fabryce.
| Zmiana | Z | Na | Efekt |
|---|---|---|---|
| Górne napięcie ładowania | 4.6 V | 4.3 V | Odzysk tlenu rośnie z 86% do 97% |
| Dolne napięcie rozładowania | 3.0 V | 2.0 V | Odzysk tlenu niemal całkowity |
| Temperatura formowania | — | Obniżona | Mniej wydzielanego gazu |
W testach na ogniwach 40 Ah — w skali samochodowej, a nie w ogniwach guzikowych — wynikiem było zachowanie ponad 92.2% pierwotnej energii po 883 cyklach ładowania i rozładowania.
Czego naprawdę nie wiadomo
Brakuje dwóch rzeczy — i to właśnie one zdecydowałyby o tym, czy ma to znaczenie komercyjne. LG nie opublikowało żadnej wartości gęstości energii ani mocy ładowania dla ustabilizowanych ogniw. Nie podało też harmonogramu komercjalizacji ani daty rozpoczęcia produkcji.
Nad tym brakiem warto się zatrzymać. Ładowanie do 4.3 V zamiast 4.6 V oznacza rezygnację z części pojemności, do której miał sięgać wyższy pułap — zespół wymienił energię na trwałość, a bez liczby w Wh/kg nikt poza LG nie powie, jak korzystna jest ta wymiana. Ogniwo, które przeżywa 883 cykle, ale dostarcza mniej energii niż wysokoniklowe ogniwo już produkowane seryjnie, jest wynikiem badań, a nie produktem.
Wątek Tesli i to, co dotrze do Europy
LG jest jednym z dostawców ogniw dla Tesli — produkuje ogniwa 2170 wykorzystywane w produkcji Modelu 3 i Modelu Y — więc chemia, którą LG potrafi realnie wytwarzać, to chemia, która mogłaby trafić do Tesli. Na tym kończy się uczciwy zasięg tej tezy: nic tutaj nie mówi, że Tesla wybrała LMR, a sama Tesla nie skomentowała sprawy.
LMR walczyłoby o środek oferty. Europejska gama Tesli już dziś dzieli się na LFP — tanie, trwałe, o mniejszej gęstości energii — oraz ogniwa wysokoniklowe w wersjach o większym zasięgu. LMR celuje dokładnie w lukę między nimi: więcej energii niż LFP, wyraźnie taniej niż nikiel-kobalt i bez pytania o łańcuch dostaw kobaltu.
Dla nabywcy w Europie praktyczny wniosek jest taki, że chemia bogata w mangan przeszła od „obiecująca, ale się degraduje” do „degraduje się znacznie mniej niż wcześniej, a kosztu nam nie podano”. Przejście ProLogium do seryjnej produkcji akumulatorów ze stałym elektrolitem ma przypisaną datę. To nie ma, a dopóki nie będzie miało, pozostaje w rubryce badań.