Устройство рентгеновской диагностики Fraunhoferа позволяет увидеть внутреннюю структуру клеток / PowerCo в качестве пользователя
Институт Fraunhofer EMI разработал специальную рентгеновскую технологию, которая позволяет в реальном времени наблюдать динамические процессы в крупногабаритных призматических аккумуляторных элементах. Совместно с дочерней компанией Volkswagen по производству аккумуляторов PowerCo эта технология сейчас готовится к внедрению в промышленную практику.
Институт Фраунхофера по краткосрочной динамике, Институт Эрнста Маха, называет инновационную рентгеновскую технологию «уникальным в мире высокоскоростным рентгеновским устройством». По словам ученых, изложенным в сопроводительном сообщении, она позволяет увидеть то, что происходит в течение долей секунды внутри крупногабаритных аккумуляторных элементов под нагрузкой, а также ускоряет разработку более безопасных поколений аккумуляторов для европейской автомобильной промышленности.
Этот подход призван дать ответ на вопрос о том, что происходит внутри аккумуляторной ячейки при её отказе. До сих пор производители ячеек и интеграторы транспортных средств были вынуждены полагаться на моделирование, разрушающие методы тестирования или косвенные измерения. Однако метод, разработанный институтом Fraunhofer EMI, позволяет заглянуть внутрь работающей ячейки. По словам разработчиков, устройство сочетает в себе высокопроизводительную рентгеновскую технологию с специально разработанной камерой для тестирования аккумуляторов, а также обширную сеть датчиков для одновременного измерения температуры, давления, напряжения и потока газа. «Благодаря до 1 000 изображений в секунду процессы, такие как образование газа, смещение материалов и появление трещин внутри ячейки, фиксируются с максимальным разрешением — процессы, которые ранее полностью оставались скрытыми», — пишет институт.
Доктор Себастьян Шопферер, руководитель отдела безопасности аккумуляторов в Fraunhofer EMI, подчеркивает: «Благодаря нашему методу In-situ мы можем отслеживать происходящее внутри элемента за доли секунды — в реальном времени и с максимальным разрешением. Это меняет наше фундаментальное понимание конструкции и безопасности аккумуляторов». Одним из ключевых инженерных достижений стала разработка защитной камеры, которая надежно защищает чувствительные рентгеновские компоненты от экстремальных условий, возникающих при термическом срабатывании литий-ионных элементов.
Степень значимости этого подхода демонстрирует активный интерес со стороны промышленности: Fraunhofer EMI сообщает, что уже проводил анализ материалов при термических испытаниях, а также изучал их поведение при распространении в многоклеточных конструкциях для нескольких немецких производителей автомобилей («в том числе для VW и Audi»). « Полученные данные позволяют оценивать дизайн клеток на основе фактически наблюдаемых процессов и целенаправленно совершенствовать существующие модели симуляции — что является прямой пользой для разработки продуктов и процессов сертификации», — говорится в сообщении.
Особенно тесные связи существуют с дочерней компанией VW по производству аккумуляторов PowerCo. На следующем этапе Fraunhofer EMI и PowerCo планируют совместно внедрить эту технологию в промышленное производство. Институт вносит свой вклад экспертизой в области исследования материалов, тестирования на износ аккумуляторов и высокоскоростной визуализации. PowerCo обеспечивает соответствие требованиям серийного производства и доступ к реальным типам элементов питания.
По словам партнеров, первые результаты сотрудничества уже сегодня влияют на разработку улучшенных серийных элементов PowerCo. Однако это пока связано с определёнными логистическими трудностями. Но конец этому близок: к 2028 году на производственном объекте PowerCo в Зальцгиттере должна быть установлена соответствующая рентгеновская установка. Система может масштабироваться под различные форматы элементов и новые химические составы — «это решающее преимущество для разработки будущих поколений аккумуляторов», — говорится в заявлении Института Фраунхофер.
HW Vassen, CTO в PowerCo, комментирует: «Благодаря рентгенографии высокой скорости внутри элемента мы поднимаем исследования аккумуляторов на новый уровень: впервые мы можем отображать динамические процессы внутри ячеек в реальном времени и в замедленной съемке. Такая беспрецедентная глубина проникновения позволяет нам целенаправленно оптимизировать безопасность и дизайн аккумуляторных ячеек, а также значительно быстрее внедрять инновации в промышленное использование. Совместно с Fraunhofer EMI мы способствуем развитию высокотехнологичных решений „сделано в Европе“ и укрепляем роль Европы в индустрии аккумуляторов».
Компания PowerCo, как известно, была основана в 2022 году концерном Volkswagen и отвечает за разработку и производство аккумуляторных элементов для этого концерна. Штаб-квартира компании находится в Зальцгиттере, и в настоящее время там строятся три завода по производству аккумуляторных элементов с общей мощностью до 200 гигаватт-часов в год: в Зальцгиттере (Германия), Валенсии (Испания) и Сент-Томасе (Канада).