La strumentazione a raggi X di Fraunhofer rende visibile l’interno delle cellule / PowerCo come utilizzatore
Il Fraunhofer EMI ha sviluppato una tecnologia a raggi X speciale che rende visibili in tempo reale i processi dinamici all’interno di grandi celle batterie prismatiche. In collaborazione con PowerCo, la filiale dedicata alle batterie di Volkswagen, questa tecnologia verrà ora adattata per un utilizzo industriale.
L’Istituto Fraunhofer per la Dinamica a Breve Durata, Ernst-Mach-Institut, definisce questa innovativa tecnologia a raggi X come “un impianto a raggi X ad alta velocità unico al mondo”. Essa permette di visualizzare ciò che avviene in frazioni di secondo all’interno delle grandi celle batterie sotto carico, accelerando lo sviluppo di generazioni di cellule più sicure per l’industria automobilistica europea, affermano gli scienziati in una nota accompagnatoria.
Questo approccio mira a fornire una risposta alla domanda su ciò che accade all’interno di una cella batteria quando questa smette di funzionare. Fino ad ora, i produttori di celle e gli integratori di veicoli erano costretti a fare affidamento su simulazioni, metodi di prova distruttivi o misurazioni indirette. Il metodo sviluppato ora dal Fraunhofer EMI, invece, dovrebbe permettere di osservare direttamente la cella in funzione. Secondo i responsabili, l’apparecchiatura combina tecnologie a raggi X ad alta prestazione con una camera di test per batterie appositamente progettata, nonché sensori avanzati per rilevare simultaneamente temperatura, pressione, tensione e flusso di gas. “Grazie a fino a 1.000 immagini al secondo, processi come la formazione di gas, i spostamenti dei materiali e la creazione di crepe all’interno della cella vengono registrati con la massima risoluzione – processi che fino ad ora avvenivano completamente nascosti”, afferma l’istituto.
Dr. Sebastian Schopferer, responsabile della sicurezza delle batterie presso il Fraunhofer EMI, sottolinea: “Con il nostro metodo in-situ possiamo osservare ciò che avviene all’interno di una cella in frazioni di secondo – in tempo reale e con la massima risoluzione. Questo cambia la nostra comprensione fondamentale della progettazione e della sicurezza delle batterie.” Un risultato ingegneristico fondamentale è stata lo sviluppo di una camera di protezione in grado di isolare in modo affidabile i componenti sensibili agli raggi X dalle condizioni estreme che si verificano durante il surriscaldamento delle cellule a ioni di litio.
L’importanza di questo approccio è evidenziata dall’intenso interesse mostrato dal settore industriale: Fraunhofer EMI afferma di aver già analizzato per diversi produttori automobilistici tedeschi („tra cui VW e Audi“) le caratteristiche dei materiali durante i test termici nonché il loro comportamento di propagazione nelle strutture a più celle. „I dati ottenuti permettono di valutare i progetti delle celle sulla base dei processi effettivamente osservati e di perfezionare in modo mirato i modelli di simulazione esistenti – un vantaggio concreto per lo sviluppo dei prodotti e i processi di homologazione“, si legge.
Il legame è particolarmente stretto con PowerCo, la filiale di VW dedicata alle batterie. Nella fase successiva, Fraunhofer EMI e PowerCo intendono implementare congiuntamente questa tecnologia in ambito industriale. L’istituto mette a disposizione la propria esperienza in ricerca sui materiali, test di stress sulle batterie e imaging ad alta velocità. PowerCo contribuisce con le esigenze legate alla produzione in serie e l’accesso a tipi reali di celle batteriche.
Secondo i partner, i primi risultati della collaborazione sono già oggi utilizzati nello sviluppo di cellule di serie ottimizzate da parte di PowerCo. Tuttavia, ciò richiede ancora una certa logistica organizzativa. C’è però una data di fine prevista: entro il 2028 dovrebbe essere installata un’apposita apparecchiatura a raggi X presso la sede di PowerCo a Salzgitter. Il sistema è infatti scalabile per diversi formati di cellule e nuove chimie cellulari – “un vantaggio decisivo per lo sviluppo delle future generazioni di batterie”, afferma l’Istituto Fraunhofer.
HW Vassen, CTO di PowerCo, commenta: “Grazie all’indagine radiografica ad alta velocità in situ, portiamo la ricerca sulle batterie a un nuovo livello: per la prima volta possiamo visualizzare in tempo reale e al rallentatore i processi dinamici all’interno delle cellule. Questa profondità di analisi senza precedenti ci permette di ottimizzare in modo mirato la sicurezza e la progettazione delle cellule batteriche, nonché di portare le innovazioni nell’applicazione industriale in tempi significativamente più rapidi. Insieme al Fraunhofer EMI, promuoviamo così l’alta tecnologia ‘made in Europe’, rafforzando il ruolo dell’Europa nell’industria delle batterie.”
PowerCo è stata fondata nel 2022 dal gruppo Volkswagen, come è noto, e si occupa dello sviluppo e della produzione delle celle batteria del gruppo. L’azienda ha sede a Salzgitter e sta attualmente costruendo tre fabbriche di celle con una capacità complessiva fino a 200 gigawattora all’anno: a Salzgitter (Germania), Valencia (Spagna) e St. Thomas (Canada).