Литий-марганцевая батарея (LMR) — подвид литий-ионного аккумулятора, в которой катод в основном состоит из марганца. Плюсы такой химии в том, что марганец дешевле никеля и кобальта и более распространен. Увеличивая его долю, можно снизить затраты на дорогое сырье и получить недорогие батареи, не уступающие по характеристикам обычным литий-ионным аккумуляторам. Минусы LMR в потере емкости и падении напряжения, что ослабляет отдачу энергии.

Ключ к повышению емкости литий-марганцевых батарей — кислород, однако при разряде реакции с его участием должны быть обратимыми, иначе разрушается структура материала и выделяется газ, что недопустимо внутри компактных ячеек. В новом эксперименте специалисты LG сосредоточились на управлении кислородными реакциями внутри катода: отрегулировали рабочие напряжения, снизив верхний предел заряда с 4,6 до 4,3 В, подняли долю возврата кислорода с 86% до 97% и расширили нижнюю границу разряда с 3 до 2 В.

К тому же, ученые применили низкотемпературное формирование — начальную активацию ячейки в процессе производства. Этот оптимизированный набор мер одновременно смягчил обе проблемы: газообразование и структурные повреждения, пишет IT Home.

Исследование не только выявило причины деградации, но и доказало, что стабильность можно повысить исключительно за счет оптимизации электрохимического дизайна, причем учитывать нужно не только условия заряда, но и разряда.

В итоге ученые доказали, что даже крупноформатные ячейки могут иметь стабильный циклический ресурс при эффективном подавлении газообразования, что закладывает основу для выхода LMR-батарей на рынок. Правда, сперва компании предстоит доказать, что они превосходят серийные литий-железо-фосфатные (LFP) аккумуляторы по скорости зарядки, работе на холоде и сроку службы.

Несколько автопроизводителей уже вкладывают в это направление серьезные средства. General Motors ожидает, что применение литий-марганцевой химии в аккумуляторах для серийных электромобилей даст существенное снижение затрат. По оценкам компании, их собственная LMR-ячейка при стоимости на уровне LFP-аккумулятора будет иметь на 33% более высокую плотность энергии.

Ученые из Японии обнаружили механизм, который позволяет твердому оксифторидному электролиту для литий-ионных батарей достичь рекордной ионной проводимости 16,3 мСм/см. Оказалось, что ион фтора внутри материала сдвигается всякий раз, когда ион лития переходит на вакантное место, расчищая путь для следующего иона и снижая энергетический барьер.