Jesper Bengtson
LMFP-batterier præsenteres som en billig celle med lang rækkevidde, men en grundlæggende kemisk defekt slider stadig på levetiden.
Batteritypen LMFP, Lithium Manganese Iron Phosphate, bliver markedsført som en slags gylden mellemvej i elbilbranchen: lige så billig og sikker som den udbredte LFP-celle, men med en energitæthed der nærmer sig de dyre nikkel-baserede batterier. Producenter som CATL og Gotion har annonceret celler med markant længere rækkevidde end klassiske LFP-batterier, og BYD sættes af flere analytikere i forbindelse med teknologien i den nye Blade 2.0-platform.
Bag det pæne salgsargument gemmer sig dog et kendt kemisk problem, som forskere endnu ikke har fjernet: den såkaldte Jahn-Teller-forvrængning, der får mangan til at opløses fra katoden og æde af batteriets levetid.
Sådan skal LMFP slå LFP
En LMFP-celle er i praksis en LFP-celle, hvor en del af jernet er skiftet ud med mangan. Tilsætningen hæver driftsspændingen fra omkring 3,2 volt til cirka 3,7 volt, og det er den forskel der giver LMFP-batterier en energitæthed 15 til 20 procent højere end LFP, uden at prisniveauet eller sikkerheden ændrer sig nævneværdigt.
Gotion High-Tech har med sin Astroinno L600-celle vist, hvad teknologien kan under ideelle forhold. Cellen leverer en vægt-energitæthed på 240 Wh/kg og en volumen-energitæthed på 525 Wh/L, og pakket sammen når systemet en energitæthed på 190 Wh/kg. Det overhaler mange nikkel-baserede batteripakker på markedet.
Også CATL har med sin M3P-familie satset stort på LMFP. Hos BYD peger både patentaktivitet og en oplyst driftsspænding på 3,8 volt ifølge en analyse fra Benchmark Mineral Intelligence i retning af, at LMFP indgår i den nye Blade 2.0-platform. BYD har dog endnu ikke selv bekræftet den kemi officielt.
Det uløste mangan-problem
Under opladning ændrer manganet i katoden oxidationstrin, og det udløser en velkendt kemisk forvrængning kaldet Jahn-Teller-effekten. Den strækker forbindelserne mellem mangan og ilt i katodens krystalstruktur og gør materialet mere ustabilt.
Konsekvensen er beskrevet i en gennemgang af LMFP-materialer i tidsskriftet Energy Materials, hvor forfatterne peger på, at Jahn-Teller-forvrængningen og manganopløsning driver ustabil cyklusydelse ved forhøjede temperaturer. Opløste mangan-ioner vandrer fra katoden gennem elektrolytten over til anoden, hvor de nedbryder det beskyttende lag på grafit-elektroden. Resultatet er, at cellens indre modstand stiger, og at kapaciteten falder hurtigere end på et almindeligt LFP-batteri.
Der er samtidig en indbygget modsætning i selve opskriften: jo mere mangan der pakkes ind i katoden for at hæve energitætheden, jo mere kompromitteres den termiske stabilitet. Forbedrer man rækkevidden, forværrer man holdbarheden, og omvendt.
Sådan viser problemet sig i praksis
Gotions egne tal illustrerer, hvor stor forskellen kan være. Astroinno L600 klarer omkring 4.000 opladningscyklusser ved stuetemperatur, men kun 1.800 cyklusser ved høj temperatur. Det er en halvering af levetiden, alene fordi batteriet arbejder varmt, eksempelvis under hurtigopladning eller i sommervarme.
Producenterne forsøger at dæmpe effekten med kemiske kneb. Gotion oplyser selv, at cellen bygger på en kombination af dopnings- og indkapslingsteknologi, ny granuleringsproces og særlige elektrolyt-additiver, netop for at holde manganopløsningen nede. CATL og andre kinesiske producenter arbejder med tilsvarende tilgange, og der offentliggøres løbende ny grundforskning i, hvordan grundstoffer som zink, zirconium eller hafnium kan stabilisere katoden.
Ingen af disse metoder har dog fjernet grundproblemet. Det er stadig manganet, der giver LMFP sin rækkevidde, og det er stadig manganet, der siver ud af katoden, når batteriet lades op.
Hvad det betyder for elbilkøberen
For den, der overvejer en elbil med LMFP-celler, er den praktiske konsekvens ikke, at bilen bryder sammen efter få år. De 4.000 stuetemperatur-cyklusser fra Gotion svarer stadig til en meget lang forventet levetid. Men forskellen på 4.000 og 1.800 cyklusser understreger, at rutiner som hyppig hurtigopladning eller opladning i høj varme kan slide LMFP-batteriet hårdere end et almindeligt LFP-batteri.
LMFP-teknologien er ikke en fejlvare, men den er heller ikke den færdige revolution, som en del markedsføringsmateriale antyder. Batteritypen skal ind i biler, der skal køre i ti år og flere, og den langsigtede holdbarhed på gaden, ikke i laboratoriet, bliver den egentlige lakmusprøve.
Bliver LMFP en central del af næste generation af overkommelige elbiler, hvilket Benchmark Mineral Intelligence vurderer kan øge efterspørgslen på batterikvalitets-mangan med op mod 7 procent alene fra BYDs beslutning, vil de næste års flådedata afsløre, om producenternes kemiske finpudsning har været nok til at holde det gamle mangan-problem i skak.
