Der experimentelle LMR-Akku von LG behält nach 883 Ladezyklen 92 % seiner Kapazität.

• LG hat Wege gefunden, die Haltbarkeit von LMR-Batterien durch Modifizierung der Betriebsspannungen und des Herstellungsprozesses zu verbessern.
• LMR-Batterien sind günstiger als nickelreiche Batterien und haben eine höhere Energiedichte als LFP-Batterien.
• Die Ergebnisse sind vielversprechend, aber Ladegeschwindigkeit, Leistung bei Kälte und Lebensdauer im realen Einsatz müssen noch unter Beweis gestellt werden.

Die Idee günstigerer Batterien für Elektrofahrzeuge klingt vielversprechend, bis diese Batterien ihre primäre Funktion nicht mehr erfüllen können. Dies ist seit Langem ein großes Problem bei Lithium-Mangan-reichen (LMR) Batterien, die vielversprechende Alternativen zu kostengünstigen chemischen Batterien wie Lithium-Eisenphosphat (LFP) darstellen. Diese Batterien bergen großes Potenzial hinsichtlich Kosten und Energiedichte, doch ihre Lebensdauer wirft weiterhin viele Fragen auf.

LG Energy Solutions und die Seoul National University haben eine hilfreiche Antwort auf zumindest einen Teil dieses Problems gefunden. Ihre experimentellen LMR-Batteriezellen behielten nach 883 Lade-Entlade-Zyklen beeindruckende 92.2 % ihrer ursprünglichen Kapazität. Von Elektrofahrzeugen wird üblicherweise eine Lebensdauer von 1000 bis 2000 Ladezyklen erwartet.

Professor Jungwoo Lim von der Seoul National University erklärte in der Studie: „Diese Studie identifizierte die Ursachen der Degradation von LMR-Batterien aus der Perspektive der Sauerstoffreversibilität und zeigte, dass die Zellstabilität allein durch die Gestaltung des elektrochemischen Protokolls verbessert werden kann. Wir haben bestätigt, dass die Erreichung einer Langzeitstabilität von LMR-Batterien eine umfassende Untersuchung nicht nur der Lade-, sondern auch der Entladebedingungen erfordert.“

LMR-Batterien gehören zur Familie der Lithium-Ionen-Batterien und zeichnen sich durch eine Kathode aus, die stark auf Mangan basiert. Der Vorteil dieser chemischen Zusammensetzung ist leicht zu erklären: Mangan ist günstiger und häufiger verfügbar als Nickel und Kobalt. Durch die Verwendung größerer Mengen reduziert sich der Bedarf an teuren Bauteilen, während gleichzeitig eine Batterie entsteht, die nicht nur kostengünstig ist, sondern auch die gleiche Leistung wie eine herkömmliche Nickel-Kobalt-Mangan-Batterie (NCM) erbringt.

In diesen jüngsten Experimenten versuchte LG, die Sauerstoffreaktionen in der Kathode besser zu kontrollieren. Sauerstoff ist für die Energiespeicherung von LMR-Batterien unerlässlich, doch die dadurch ausgelösten Reaktionen innerhalb der Zelle müssen während der Entladung umgekehrt werden. Andernfalls könnte die Struktur beschädigt werden und sich Gase ansammeln, was in einer geschlossenen Batteriezelle unerwünscht ist.

Die Forscher modifizierten die Betriebsspannungen, um diese Reaktionen besser zu steuern. Durch die Absenkung der Ladeschlussspannung von 4.6 V auf 4.3 V konnte die Sauerstoffrückgewinnung von 86 % auf 97 % verbessert werden. Auch die Möglichkeit, die Entladung bis auf 2 V statt 3 V herunterzufahren, trug zu einer Verbesserung bei. LG kombinierte diese Modifikationen mit einem Niedertemperatur-Formierungsprozess, dem ersten Konditionierungsprozess, den die Zellen während der Herstellung durchlaufen. Dieses optimierte Verfahren half zudem, die Gasbildung und strukturelle Schäden zu reduzieren.

LG erklärt: „Diese Forschung befasst sich mit einer der zentralen Herausforderungen für LMR-Batterien. Sie zeigt, dass eine stabile Batterielebensdauer auch in großflächigen Zellen durch eine effektive Unterdrückung der Gasbildung gewährleistet werden kann und damit eine wichtige Grundlage für das Wachstum des Marktes für LMR-Batterien der nächsten Generation bietet.“

Einige Automobilhersteller investieren bereits massiv in die LMR-Technologie. GM erwartet durch den Einsatz dieser Technologie in seinen Serien-Elektrofahrzeugen erhebliche Kosteneinsparungen . Doch günstigere Komponenten allein reichen nicht aus. LMR-Batterien weisen Kapazitätsverluste und Spannungsabfälle auf, die beide die Batterieleistung reduzieren.

GM prognostizierte für LFP-Batterien eine um 33 % höhere Energiedichte bei ähnlichen Kosten wie für seine LMR-Zellen. Das Potenzial der LMR-Technologie ist einer der Gründe, warum das Unternehmen überdenkt, ob LFP-Batterien in seine zukünftige Elektrofahrzeugpalette gehören. GM und LG hatten zuvor Pläne angekündigt, LMR bis 2028 in den USA zu produzieren.

Die neuen Forschungsergebnisse von LG sind zwar vielversprechend, doch das Unternehmen muss erst noch nachweisen, ob seine LMR-Zellen serienmäßige LFP-Batterien hinsichtlich Ladegeschwindigkeit, Kälteleistung oder Lebensdauer übertreffen . Es handelt sich dennoch um einen Fortschritt, der LMR-Batterien weiterhin im Fokus der Öffentlichkeit hält. Erst wenn wir sie in einem Serienfahrzeug sehen, werden wir wissen, ob sich dieses Versprechen nach dem Sprung vom Labor ins Auto bewahrheitet.