40Ah LMR hücre 883 döngüde %92,2 kapasite korudu

LG Enerji Çözümü (LG Energy Solution) ile Seul Ulusal Üniversitesi araştırmacıları, lityum manganca zengin (LMR) bataryaların büyük hücrelerde kararlılığını artıracak çalışma koşullarını belirledi. 40Ah kapasiteli hücre, 883 şarj-deşarj döngüsünün ardından başlangıç enerjisinin %92,2'sini korudu.

LG Enerji Çözümü, 7'sinde (yerel saatle) yaptığı açıklamada, Seul Ulusal Üniversitesi Kimya Bölümü'nden Jong-woo Lim(임종우) liderliğindeki ekiple yürütülen ortak çalışmanın, LMR bataryaların elektrikli araçlarda kullanılacak büyük hücrelere uygulanma olasılığını artırdığını duyurdu. Araştırma sonuçları uluslararası bilimsel dergi Nature Communications'da yayımlandı.

LMR, ana hammaddesi mangan olan yeni nesil katot malzemesi. Nikel ve mangan gibi geçiş metallerinin yanı sıra malzeme içindeki oksijeni de enerji depolamada kullanarak yüksek enerji yoğunluğu sağlayabiliyor.

Ancak şarj sırasında oksitlenen oksijen deşarj aşamasında yeterince geri kazanılmazsa, bataryanın iç yapısında hasar ve gaz oluşumu ortaya çıkabiliyor. Elektrikli araçlarda kullanılan büyük hücrelerde iç boşluk sınırlı olduğundan bu sorun iç basınç artışına ve performans düşüşüne dönüşebiliyor.

Ortak araştırma ekibi, oksijenin geri kazanımını belirleyen değişkenin yalnızca şarj üst voltajı değil, deşarj alt voltajı olduğunu da tespit etti. Şarj üst voltajı 4,6V'tan 4,3V'a düşürüldüğünde, oksitlenen oksijenin indirgenme oranı %86'dan %97'ye yükseldi.

Deşarjın mevcut 3,0V yerine 2,0V'a kadar sürdürülmesi durumunda oksijenin neredeyse başlangıç durumuna döndüğü de gözlemlendi. Bu, oksijen tepkimesinin geri dönüşürlüğünü artırmak için şarj ve deşarj voltaj aralıklarının birlikte ayarlanması gerektiği anlamına geliyor.

LG Enerji Çözümü araştırmacıları bu bulgulardan yola çıkarak 40Ah kapasiteli büyük LMR hücrenin çalışma voltaj aralığını ve aktivasyon süreci koşullarını yeniden tasarladı. Aktivasyon aşamasında sıcaklığı düşüren bir süreç uygulanarak büyük hücrelerde görülen gaz oluşumu azaltıldı.

Nature Communications'da yayımlanan makale, optimum voltaj aralığını 4,3-2,0V olarak belirledi. Makaleye göre bu koşullarda oksijenin oksidasyon-indirgenme tepkimesi daha geri dönüşümlü bir aralıkta kalıyor, gaz oluşumu ve yapısal bozulma ise baskılanıyor.

Aynı makalede, kobalt oranı ağırlıkça %0,27 olan LMR malzemesinin kullanıldığı 40Ah'lik hücrede, katot aktif madde kütlesine göre 663Wh/kg özgül enerji ve 883 döngü sonunda %92,2 enerji koruma oranı kaydedildiği belirtildi. Küçük ölçekli deney hücreleri yerine elektrikli araç uygulaması hedeflenen büyük hücrede performans korumanın doğrulanmış olması araştırmanın öne çıkan yönü.

Jong-woo Lim(임종우) Seul Ulusal Üniversitesi Kimya Bölümü öğretim üyesi, "Bu çalışma, LMR bataryaların bozulma nedenini oksijenin geri dönüşürlüğü açısından ortaya koydu ve yalnızca elektrokimyasal protokol tasarımıyla bile hücre kararlılığının iyileştirilebileceğini gösterdi" dedi. Açıklama, büyük hücre kararlılığında yalnızca malzemenin değil şarj-deşarj koşulları tasarımının da etkili olduğuna işaret ediyor.

LG Enerji Çözümü yetkilisi ise, "Bu araştırma, LMR bataryaların temel sorunlarından biri olan gaz oluşumunu etkili biçimde baskılayarak büyük hücrelerde de istikrarlı batarya ömrü sağlanabileceğini gösteren bir sonuç" dedi. Şirket, bu başarının yeni nesil LMR batarya geliştirme çalışmalarına temel oluşturabileceğini belirtti.

Batarya sektöründe elektrikli araç hücrelerinde enerji yoğunluğu, güvenlik ve maliyetin aynı anda sağlanması temel zorluk olarak görülüyor. Mangan oranını artıran LMR türü malzemeler bu hedefe yönelik olsa da, gerçek ürünlere uygulanması ve seri üretim koşulları ek doğrulama aşamalarında netleşecek bir konu.