LG Energy Solution, en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl, ha presentado resultados prometedores en la mejora de la durabilidad de las baterías de litio y manganeso (LMR). Estas baterías, consideradas una alternativa más económica y con mayor densidad energética que las opciones ricas en níquel y las de fosfato de hierro y litio (LFP), han enfrentado históricamente desafíos relacionados con su longevidad.
La investigación se centró en resolver el problema de degradación de las celdas LMR mediante la optimización de los protocolos de carga y descarga. Los resultados obtenidos son significativos: las celdas LMR experimentales mantuvieron un impresionante 92.2% de su capacidad inicial después de 883 ciclos de carga-descarga. Esta cifra es crucial, dado que se espera que las baterías de vehículos eléctricos (EVs) ofrezcan entre 1,000 y 2,000 ciclos de vida útil.
El Profesor Jongwoo Lim de la Universidad Nacional de Seúl explicó que el estudio identificó las causas de la degradación en las baterías LMR, particularmente relacionadas con la reversibilidad del oxígeno, y demostró que la estabilidad de la celda puede mejorarse significativamente a través del diseño del protocolo electroquímico. "Hemos confirmado que lograr una estabilidad a largo plazo en las baterías LMR requiere una consideración integral no solo de las condiciones de carga, sino también de las de descarga", afirmó.
La química LMR se distingue por utilizar una mayor proporción de manganeso en su cátodo. El manganeso es más asequible y abundante que el níquel y el cobalto, lo que permite reducir los costos de producción de las baterías sin sacrificar, y potencialmente mejorando, la densidad energética en comparación con las baterías de níquel-cobalto-manganeso (NCM) convencionales.
En sus experimentos, LG buscó controlar de manera más efectiva las reacciones de oxígeno dentro del cátodo. El oxígeno es esencial para el almacenamiento de energía en las baterías LMR, pero las reacciones que provoca deben revertirse durante la descarga para evitar daños estructurales y la acumulación de gas, un riesgo para la seguridad y el rendimiento de las celdas. Para lograr un mejor control, los investigadores ajustaron los voltajes de operación. Reducir el voltaje de corte de carga de 4.6 a 4.3 voltios mejoró la recuperación de oxígeno del 86% al 97%. Asimismo, permitir la descarga hasta 2 voltios en lugar de 3 voltios contribuyó positivamente.
Estas modificaciones se complementaron con un proceso de formación a menor temperatura durante la fabricación. Este protocolo optimizado no solo mejoró la estabilidad y redujo la generación de gas, sino que también minimizó el daño estructural de las celdas. LG destaca que esta investigación aborda uno de los principales desafíos de las baterías LMR, asegurando una vida útil estable incluso en celdas de gran formato mediante la supresión efectiva de la generación de gas, sentando una base importante para el crecimiento del mercado de baterías LMR de próxima generación.
General Motors (GM) es uno de los fabricantes que ha apostado fuertemente por la tecnología LMR, proyectando ahorros sustanciales en costos para sus futuros vehículos eléctricos. GM estima una densidad energética un 33% mayor que las baterías LFP a un costo comparable para sus propias celdas LMR. De hecho, la promesa de esta química ha llevado a GM a reconsiderar la inclusión de baterías LFP en su línea de vehículos eléctricos.
GM y LG ya habían anunciado planes para la producción de baterías LMR en Estados Unidos a partir de 2028. Sin embargo, a pesar de los alentadores resultados de esta nueva investigación, aún quedan por demostrar aspectos clave como la velocidad de carga, el rendimiento en climas fríos y la longevidad real en comparación con las baterías LFP de producción.
Este avance representa un paso adelante significativo, manteniendo las baterías LMR en el punto de mira para el futuro de la movilidad eléctrica. No obstante, la confirmación de su éxito en el mercado dependerá de su rendimiento una vez que pasen del laboratorio a los vehículos de producción y lleguen a manos de los consumidores.
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A favor
- Mayor durabilidad: Mantiene el 92.2% de capacidad tras 883 ciclos.
- Potencial de menor costo: Utiliza manganeso, más abundante y económico que níquel y cobalto.
- Mayor densidad energética: Promete un 33% más que LFP a costo comparable.
- Estabilidad mejorada: Optimización de protocolos de carga/descarga y proceso de formación.
- Reducción de gases y daños estructurales en celdas LMR.
En contra
- Rendimiento en climas fríos no probado.
- Velocidad de carga aún por demostrar.
- Longevidad en condiciones reales aún por confirmar.
- La tecnología está en fase experimental y no ha llegado a producción masiva.
Tecnología y Química
- Baterías de Litio y Manganeso (LMR)
- Cátodo rico en manganeso
- Alternativa a NCM y LFP
- Optimización de voltajes de carga (4.3V) y descarga (2V)
- Proceso de formación a baja temperatura
Resultados y Proyecciones
- 92.2% de capacidad retenida tras 883 ciclos
- Estimación de 1,000-2,000 ciclos de vida útil para EVs
- GM proyecta 33% mayor densidad energética que LFP
- Potencial para reducir costos de EVs
- Planes de producción LMR en EE.UU. para 2028 (GM/LG)
Desafíos Pendientes
- Demostrar velocidad de carga competitiva
- Evaluar rendimiento en condiciones de frío extremo
- Validar longevidad en uso real ('real-world longevity')
- Superar la degradación por reacciones de oxígeno no reversibles
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