El equipo de rayos X de Fraunhofer hace visible el interior de las células / PowerCo como usuario
El Fraunhofer EMI ha desarrollado una tecnología de rayos X especial que permite visualizar en tiempo real los procesos dinámicos dentro de celdas de batería prismáticas de gran tamaño. Junto con PowerCo, filial de Volkswagen dedicada a las baterías, esta tecnología se va a implementar ahora en aplicaciones industriales.
El Instituto Fraunhofer para la Dinámica de Corta Duración, Ernst-Mach-Institut, califica a esta tecnología innovadora de rayos X como “un sistema de rayos X de alta velocidad único en el mundo”. Permite visualizar lo que ocurre en fracciones de segundo en el interior de las celdas de batería de gran tamaño bajo carga, y acelera el desarrollo de generaciones de celdas más seguras para la industria automotriz europea, según indican los científicos en un comunicado adjunto.
Este enfoque tiene como objetivo responder a la pregunta sobre qué ocurre dentro de una celda de batería cuando falla. Hasta ahora, los fabricantes de celdas y los integradores de vehículos dependían de simulaciones, métodos de prueba destructivos o mediciones indirectas. Sin embargo, el método desarrollado por Fraunhofer EMI permite observar directamente la celda en funcionamiento. Según sus responsables, el equipo combina tecnología de rayos X de alta potencia con una cámara de pruebas para baterías especialmente diseñada, además de sensores avanzados para registrar simultáneamente la temperatura, la presión, la tensión y el flujo de gases. “Con hasta 1.000 imágenes por segundo, se capturan procesos como la formación de gases, los desplazamientos del material y la aparición de grietas en el interior de la celda con la mayor resolución posible; procesos que hasta ahora ocurrían completamente ocultos”, indica el instituto.
El Dr. Sebastian Schopferer, responsable de la seguridad de baterías en Fraunhofer EMI, destaca: “Con nuestro método in situ podemos observar lo que ocurre en fracciones de segundo dentro de una celda, en tiempo real y con la mayor resolución posible. Esto cambia nuestra comprensión fundamental de la construcción y seguridad de las baterías”. Un logro ingenieril clave fue el desarrollo de una cámara de protección que protege de manera fiable a los componentes sensibles de rayos X de las condiciones extremas que se presentan durante la sobrecarga térmica de las celdas de iones de litio.
La relevancia de este enfoque se evidencia en el intenso interés mostrado por la industria: Fraunhofer EMI indica que ya ha analizado la selección de materiales durante los procesos térmicos, así como el comportamiento de propagación en estructuras multicelulares, para varios fabricantes automotrices alemanes («entre ellos VW y Audi»). «Los datos obtenidos permiten evaluar los diseños de celdas basándose en procesos realmente observados y perfeccionar de manera específica los modelos de simulación existentes, lo cual representa un valor añadido directo para el desarrollo de productos y los procesos de homologación», se señala.
La relación es especialmente estrecha con PowerCo, la filial de baterías de VW. En el siguiente paso, Fraunhofer EMI y PowerCo pretenden implementar conjuntamente esta tecnología en el ámbito industrial. El instituto aporta su experiencia en investigación de materiales, pruebas de uso intensivo de baterías y generación de imágenes a alta velocidad. PowerCo contribuye con los requisitos de la producción en serie y el acceso a tipos reales de celdas.
Según los socios, los primeros resultados de esta colaboración ya se están incorporando hoy mismo al desarrollo de celdas en serie optimizadas por PowerCo. No obstante, esto aún implica ciertas dificultades logísticas. Sin embargo, hay un plazo previsible: se prevé instalar un equipo de rayos X correspondiente en la planta de PowerCo en Salzgitter para el año 2028. El sistema es escalable a diferentes formatos de celdas y nuevas químicas celulares, “lo cual representa una ventaja decisiva para el desarrollo de las futuras generaciones de baterías”, según el Instituto Fraunhofer.
HW Vassen, CTO de PowerCo, comenta: “Con la radiografía de alta velocidad in situ elevamos la investigación de baterías a un nuevo nivel: por primera vez podemos hacer visibles los procesos dinámicos en el interior de las celdas en tiempo real y a cámara lenta. Esta profundidad de visión sin precedentes nos permite optimizar de forma específica la seguridad y el diseño de las celdas de batería, así como llevar las innovaciones a la aplicación industrial mucho más rápidamente. Junto con Fraunhofer EMI, impulsamos así la alta tecnología ‘hecha en Europa’ y fortalecemos el papel de Europa en la industria de las baterías.”
Como es bien sabido, PowerCo fue fundada en 2022 por el grupo Volkswagen y es responsable del desarrollo y producción de las celdas de batería del grupo. La empresa tiene su sede en Salzgitter y actualmente está construyendo tres fábricas de celdas con una capacidad total de hasta 200 gigavatios-hora al año: en Salzgitter (Alemania), Valencia (España) y St. Thomas (Canadá).