O aparelho de raios X da Fraunhofer torna visível o interior das células / PowerCo como usuário
A Fraunhofer EMI desenvolveu uma tecnologia de raios X especial que torna visíveis em tempo real os processos dinâmicos nas células de bateria prismáticas de grande porte. Em parceria com a PowerCo, subsidiária da Volkswagen responsável por baterias, essa tecnologia deve agora ser adaptada para uso industrial.
O Instituto Fraunhofer para Dinâmica de Curto Prazo, Ernst-Mach-Institut, descreve a inovadora tecnologia de raios X como “um equipamento de raios X de alta velocidade único no mundo”. Ela permite visualizar o que acontece em frações de segundo no interior das grandes células de bateria sob carga – e acelera o desenvolvimento de gerações mais seguras de células para a indústria automobilística europeia, escrevem os cientistas em um comunicado acompanhante.
O método tem como objetivo responder à pergunta sobre o que acontece dentro de uma célula de bateria quando ela falha. Até agora, os fabricantes de células e os integradores de veículos dependiam de simulações, procedimentos de teste destrutivos ou medições indiretas. Porém, o método desenvolvido pelo Fraunhofer EMI permite agora observar a célula em funcionamento. De acordo com seus responsáveis, o equipamento combina tecnologia de raios X de alta performance com uma câmara de teste de bateria especialmente desenvolvida, além de sensores abrangentes para capturar simultaneamente temperatura, pressão, tensão e fluxo de gás. “Com até 1.000 imagens por segundo, processos como formação de gás, deslocamentos de materiais e surgimento de fissuras no interior da célula são registrados com máxima resolução – processos que até então ocorriam completamente de forma oculta”, afirma o instituto.
Dr. Sebastian Schopferer, responsável pela segurança de baterias no Fraunhofer EMI, destaca: “Com nosso método in-situ, podemos acompanhar o que acontece em frações de segundo dentro de uma célula – em tempo real, com a maior resolução possível. Isso muda nossa compreensão fundamental sobre a construção e a segurança das baterias.” Um feito técnico importante nesse processo foi o desenvolvimento de uma câmara de proteção que isola com confiabilidade os componentes sensíveis de raios X das condições extremas causadas pela falha térmica das células de íons de lítio.
O quão relevante é essa abordagem fica evidente pelo grande interesse demonstrado pela indústria: a Fraunhofer EMI afirma já ter caracterizado, para vários fabricantes de automóveis alemães (“incluindo VW e Audi”), o comportamento dos materiais durante testes térmicos, bem como seu comportamento de propagação em estruturas multicélulas. “Os dados obtidos permitem avaliar os projetos das células com base em processos efetivamente observados e aprimorar de forma direcionada os modelos de simulação existentes – um valor agregado direto para o desenvolvimento de produtos e os processos de homologação”, diz a instituição.
A parceria é especialmente estreita com a PowerCo, empresa subsidiária da VW especializada em baterias. Na próxima etapa, o Fraunhofer EMI e a PowerCo pretendem implementar conjuntamente essa tecnologia em aplicações industriais. O instituto contribui com sua expertise em pesquisa de materiais, teste de desgaste de baterias e geração de imagens em alta velocidade. A PowerCo traz as exigências da produção em série, bem como o acesso a tipos reais de células.
De acordo com os parceiros, os primeiros resultados da colaboração já estão sendo aplicados hoje mesmo no desenvolvimento de células em série aprimoradas pela PowerCo. No entanto, isso ainda envolve certas questões logísticas. Mas há um prazo previsível: em 2028, uma instalação de raios X correspondente deve ser instalada na unidade da PowerCo em Salzgitter. O sistema é escalável para diferentes formatos de células e novas químicas celulares – “uma vantagem decisiva para o desenvolvimento das próximas gerações de baterias”, afirma o Instituto Fraunhofer.
HW Vassen, CTO da PowerCo, comenta: “Com a radiografia de alta velocidade in situ, elevamos a pesquisa em baterias a um novo nível: pela primeira vez, podemos tornar visíveis os processos dinâmicos no interior das células em tempo real e em câmera lenta. Essa profundidade de visão sem precedentes nos permite otimizar de forma direcionada a segurança e o design das células de bateria, além de levar inovações à aplicação industrial muito mais rapidamente. Juntamente com o Fraunhofer EMI, impulsionamos assim a alta tecnologia ‘feita na Europa’ e fortalecemos o papel da Europa na indústria de baterias.”
A PowerCo foi fundada em 2022 pelo grupo Volkswagen, como é sabido, e é responsável pelo desenvolvimento e produção das células de bateria do grupo. A empresa está sediada em Salzgitter e atualmente está construindo três fábricas de células com capacidade total de até 200 gigawatt-hora por ano: em Salzgitter (Alemanha), Valência (Espanha) e St. Thomas (Canadá).