弗劳恩霍夫的X射线装置可显示细胞内部结构 / PowerCo为其用户

弗劳恩霍夫EMI研发出一种特殊的X射线技术，能够实时显示大型棱柱形电池单元内的动态过程。该技术现将与大众汽车旗下的电池子公司PowerCo合作，推进其向工业应用转化。

弗劳恩霍夫瞬态动力学研究所暨恩斯特·马赫研究所将这项创新的X射线技术称为“全球独一无二的高速X射线装置”。科学家们在相关报告中指出，该技术能够展现大型电池在受力时几分之一秒内的内部变化情况，从而加速为欧洲汽车工业开发更安全的电池产品。

该方法的目的是解答电池单元发生故障时其内部究竟发生了什么这一问题。迄今为止，电池制造商和车辆集成商只能依靠仿真、破坏性测试或间接测量手段。而弗劳恩霍夫EMI研究所如今开发的这种方法则能够让人们直接观察正在工作的电池单元。据相关负责人介绍，该装置将高性能X射线技术与专门设计的电池测试舱以及用于同时监测温度、压力、电压和气体流量的各类传感器相结合。“每秒可拍摄多达1,000张图像，从而以极高的分辨率捕捉到电池内部的气体生成、材料位移和裂纹形成等过程——这些此前完全处于隐蔽状态中的现象”，该研究所如此写道。

Fraunhofer EMI的电池安全负责人塞巴斯蒂安·肖普费雷尔博士强调：“借助我们的原位检测技术，我们能够以极高的分辨率实时追踪电池内部在几分之一秒内发生的变化。这彻底改变了我们对电池结构与安全性的基本认知。”其中一项关键的工程技术成果便是设计出一种防护舱，能够有效保护敏感的X射线组件，使其免受锂离子电池热失控时产生的极端条件影响。

这一方法的实用性从业界的高度关注中可见一斑：弗劳恩霍夫EMI表示，他们已为多家德国汽车制造商（“包括大众和奥迪”）分析了材料在热循环过程中的性能表现以及其在多电池结构中的传导特性。“这些数据使得我们能够根据实际观察到的过程来评估电池设计，并有针对性地改进现有的仿真模型——这为产品开发和认证流程带来了直接的价值”，该机构如此表示。

该团队与大众汽车旗下的电池子公司PowerCo关系尤为密切。下一步，弗劳恩霍夫EMI研究所与PowerCo打算共同将这项技术投入工业应用。研究所将发挥其在材料研究、电池滥用检测以及高速成像方面的专业优势，而PowerCo则负责满足批量生产的要求并提供实际的电池型号。

据合作伙伴称，此次合作的初步成果已开始用于PowerCo更优化的量产电池研发。不过目前仍需处理一些物流问题，但这一过程有望在短期内解决：计划于2028年在Salzgitter的PowerCo工厂安装相应的X射线设备。该系统可适配多种电池格式及新型电池化学成分——“这对未来电池世代的发展具有决定性优势”，弗劳恩霍夫研究所如此表示。

PowerCo的首席技术官HW Vassen评论道：“借助原位高速X射线技术，我们将电池研究提升到了新的水平：我们首次能够实时并以慢动作观察电池内部的各种动态过程。这种前所未有的深入洞察力使我们能够有针对性地优化电池单元的安全性与设计，从而更快地将创新成果应用于工业领域。通过与Fraunhofer EMI的合作，我们正在推动‘欧洲制造’的高科技发展，增强欧洲在电池产业中的地位。”

众所周知，PowerCo成立于2022年，由大众汽车集团创办，负责该集团电池电芯的研发与生产。该公司总部位于萨尔茨吉特，目前正在德国萨尔茨吉特、西班牙瓦伦西亚和加拿大圣托马斯建设三座电芯工厂，这些工厂的年总产能可达200吉瓦时。