Reducir el coste de las baterías sin sacrificar autonomía es, probablemente, el mayor reto pendiente de la industria del coche eléctrico. Una de las apuestas más prometedoras para lograrlo son las baterías de litio ricas en manganeso, conocidas como LMR, una química que sustituye buena parte del cobalto por manganeso, mucho más barato y abundante. El problema es que hasta ahora esta tecnología arrastraba un defecto de fabricación que impedía llevarla a celdas de gran tamaño, las que realmente importan en el sector del automóvil.
LG Energy Solution y la Universidad Nacional de Seúl acaban de anunciar que han encontrado la manera de resolver ese obstáculo. El hallazgo, fruto de una investigación conjunta con el equipo del profesor Jongwoo Lim, del Departamento de Química de la universidad surcoreana, se ha publicado en la revista científica Nature Communications, una de las cabeceras de referencia en el ámbito académico internacional.
Por qué las baterías LMR generaban gas y cómo se ha solucionado
La química LMR consigue una alta densidad energética porque no almacena la energía únicamente en los metales de transición del cátodo, como el níquel o el manganeso, sino también a través de reacciones de oxígeno dentro del propio material catódico. Ese mecanismo funciona bien mientras el oxígeno oxidado durante la carga logra volver a su estado original durante la descarga. El problema aparece cuando eso no ocurre: el oxígeno que no se recupera del todo termina dañando la estructura interna de la celda y generando gas, uno de los mayores obstáculos para poder fabricar baterías LMR de gran formato con garantías.
El equipo de investigación ha identificado los factores que provocan esa generación de gas y la pérdida de capacidad durante los ciclos de carga y descarga. La clave del hallazgo ha sido comprobar que, al bajar el voltaje de corte de la descarga desde los 3,0 voltios habituales hasta los 2,0 voltios, el oxígeno logra recuperar casi por completo su estado original. A partir de ese descubrimiento, los investigadores de LG han rediseñado el rango de voltaje de funcionamiento y el proceso de formación de las celdas, incorporando además una etapa de formación a temperatura más baja para limitar todavía más la generación de gas.
Resultados con celdas reales de gran formato
Estas mejoras no se quedaron en el laboratorio a pequeña escala, sino que se aplicaron y optimizaron directamente sobre celdas de gran formato de la clase 40 Ah, el tipo de celda que realmente se emplea en las baterías de los coches eléctricos. El resultado ha sido que estas celdas optimizadas conservaron el 92,2% de su energía inicial después de 883 ciclos de carga y descarga, una cifra que demuestra que la estabilidad a largo plazo es alcanzable incluso en formatos grandes, algo que hasta ahora no estaba garantizado para esta química.
Según ha explicado un portavoz de LG, esta investigación aborda uno de los principales retos que enfrentan las baterías LMR, y demuestra que es posible asegurar una vida útil estable incluso en celdas de gran formato suprimiendo de forma efectiva la generación de gas, algo que sienta una base importante para el crecimiento de este mercado. El profesor Jongwoo Lim, por su parte, ha señalado que el estudio identificó las causas de la degradación desde la perspectiva de la reversibilidad del oxígeno, y demostró que la estabilidad de la celda puede mejorarse solo con el diseño del protocolo electroquímico. Según sus propias palabras, “lograr estabilidad a largo plazo en las baterías LMR exige tener en cuenta tanto las condiciones de carga como las de descarga, no solo una de las dos”.
Un paso hacia celdas más grandes y baratas
Hasta ahora, el potencial de las baterías LMR se limitaba prácticamente a aplicaciones de pequeño formato, incapaces de sostener la estabilidad necesaria a escala industrial. Con este avance, LG Energy Solution y la Universidad Nacional de Seúl amplían ese potencial hacia las celdas de gran formato, la puerta de entrada real para que esta química de menor coste llegue algún día a las baterías de los coches eléctricos que se fabrican en serie.