LG prepara una batería más barata que las LFP y con un 33% más de densidad energética

LG Energy Solution acaba de dar un paso importante para solucionar uno de los problemas que llevaba años frenando una química especialmente prometedora. La compañía surcoreana, en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl, ha conseguido mejorar de forma notable la durabilidad de las baterías LMR, ricas en manganeso, hasta el punto de demostrar su funcionamiento en celdas de gran formato pensadas para coches eléctricos.

La investigación, publicada en Nature Communications, demuestra que una celda LMR de más de 40 Ah puede conservar el 92,2% de su energía inicial después de 883 ciclos completos de carga y descarga. Lo interesante no es solamente la cifra, sino la forma en la que los investigadores han conseguido alcanzarla: modificando las condiciones de funcionamiento de la batería para controlar mejor las reacciones del oxígeno.

La tecnología LMR, siglas en inglés de baterías de litio ricas en manganeso, lleva años encima de la mesa como una posible alternativa a las baterías con mucho níquel y cobalto. En las químicas de altas prestaciones actuales, estos materiales permiten conseguir una elevada densidad energética, pero también encarecen el producto. El manganeso, por el contrario, es mucho más abundante y barato.

En las celdas LMR desarrolladas por General Motors y LG Energy Solution, la composición se sitúa aproximadamente en un 65% de manganeso y un 35% de níquel, con una presencia de cobalto prácticamente testimonial. GM asegura que esta configuración permite alcanzar una densidad energética alrededor de un 33% superior a la de las mejores baterías LFP a un coste comparable.

Aquí estaba precisamente el problema. Las baterías LMR utilizan también el oxígeno presente en el material del electrodo para almacenar energía. Durante la carga, parte de ese oxígeno se oxida y, si posteriormente no consigue regresar correctamente a su estado original durante la descarga, puede terminar provocando daños en la estructura interna de la celda. Además, se genera gas, algo especialmente problemático cuando hablamos de celdas grandes destinadas a un coche eléctrico, donde el espacio disponible es limitado y un aumento de presión interna puede acelerar la degradación.

Los investigadores de LG Energy Solution y la Universidad Nacional de Seúl descubrieron que la solución estaba, en buena medida, en controlar mejor la ventana de funcionamiento. Al reducir la tensión máxima de carga de 4,6 a 4,3 voltios, la recuperación del oxígeno oxidado pasó del 86% al 97%. También comprobaron que reducir la tensión mínima de descarga de 3,0 a 2,0 voltios permitía que el oxígeno regresara prácticamente a su estado original.

A partir de estos resultados, el equipo modificó tanto el rango de tensiones como el proceso inicial de formación de las celdas. Esta última etapa también se realizó a una temperatura más baja para reducir todavía más la generación de gases. El resultado fue una celda LMR de gran formato de más de 40 Ah que mantuvo el 92,2% de su energía después de 883 ciclos completos. El estudio señala además una energía específica de 663 Wh/kg tomando como referencia la masa del material activo del electrodo positivo, aunque esta cifra no debe confundirse con la densidad energética del pack completo de un coche.

Puede parecer que 883 ciclos no son demasiados para una batería de coche eléctrico, pero la cifra cambia cuando se traslada a kilómetros recorridos. Si tomamos como referencia un coche con unos 640 kilómetros de autonomía, 883 ciclos completos equivaldrían a aproximadamente 565.000 kilómetros. Con ese uso, la batería habría perdido alrededor de un 8% de su energía inicial, según los resultados obtenidos en laboratorio.

Y hay otro detalle especialmente importante: el avance no depende de introducir un material completamente nuevo ni de modificar por completo las fábricas de baterías. Los investigadores han demostrado que una parte fundamental del problema puede solucionarse simplemente optimizando las condiciones electroquímicas de funcionamiento. Eso abre la puerta a una implantación mucho más sencilla si los resultados se mantienen cuando esta tecnología pase a una producción industrial a gran escala.

No estamos, además, ante una química que se haya quedado en el laboratorio. General Motors y LG Energy Solution ya trabajan en llevar las baterías LMR a los coches eléctricos de producción. Ambas compañías tienen previsto comenzar la preproducción de celdas prismáticas LMR a finales de 2027 y arrancar la producción comercial en Estados Unidos durante 2028 a través de Ultium Cells.

El objetivo inicial son los grandes SUV y las pick-up eléctricas de GM, donde el peso y el coste de una batería de gran capacidad tienen un impacto especialmente importante. La compañía quiere mantener autonomías superiores a 640 kilómetros al mismo tiempo que reduce el coste frente a las actuales baterías con alto contenido de níquel. De hecho, GM lleva trabajando con esta química desde 2015 y afirma que ya ha probado cientos de celdas prismáticas de gran formato en distintas configuraciones.

La combinación resulta especialmente interesante porque las baterías LMR pueden ocupar un espacio intermedio entre las LFP y las químicas con mucho níquel. La primera ventaja es el coste del manganeso; la segunda, una densidad energética considerablemente mayor que la de las LFP; y la tercera, la posibilidad de mantener autonomías elevadas sin recurrir a grandes cantidades de níquel y cobalto.

Todavía queda por demostrar cómo se comportará esta tecnología en millones de celdas fabricadas en serie y bajo las condiciones reales de uso de un coche eléctrico. También habrá que comprobar qué densidad energética alcanza finalmente el pack completo y cómo evoluciona su comportamiento después de miles de ciclos. Pero el avance publicado ahora por LG Energy Solution y la Universidad Nacional de Seúl elimina uno de los principales obstáculos que llevaba años frenando a las baterías LMR: la degradación provocada por las reacciones irreversibles del oxígeno y la generación de gases.

Si la industrialización prevista por GM y LG Energy Solution cumple los plazos, las primeras aplicaciones llegarán en 2028. Y eso significa que una batería capaz de ofrecer mucha autonomía, utilizar mucho menos cobalto y reducir el coste de producción podría estar bastante más cerca de los coches eléctricos que utilizamos a diario de lo que parecía hace apenas unos años.

Fuente | LG

Puntos clave

• La química utiliza aproximadamente un 65% de manganeso y un 35% de níquel, con muy poco cobalto.
• La densidad energética puede ser un 33% superior a la de las mejores baterías LFP, según GM.
• Una celda de más de 40 Ah conservó el 92,2% de su energía tras 883 ciclos.
• El control de la tensión de carga y descarga permite recuperar hasta el 97% del oxígeno oxidado.
• GM y LG Energy Solution prevén iniciar la producción comercial de celdas LMR en 2028.
• Las primeras aplicaciones estarán dirigidas a grandes SUV y pick-up eléctricas de GM.
• Con una autonomía de unos 640 kilómetros, 883 ciclos equivaldrían aproximadamente a 565.000 kilómetros.