Рентгенівський апарат Fraunhofer робить видимим внутрішню структуру клітин / PowerCo як користувач

Фраунгофер EMI розробив спеціальну рентгеновську технологію, яка дозволяє у реальному часі бачити динамічні процеси в великогабаритних призматичних акумуляторних елементах. Разом із дочірньою компанією Volkswagen з виробництва акумуляторів PowerCo ця технологія має бути застосована в промислових умовах.

Інноваційну технологію рентгенографії Інститут Фраунгофера з динаміки короткочасних процесів, Інститут Ернста Маха, називає „унікальною у світі високошвидкісною рентгенівською установкою“. Вона дозволяє побачити те, що відбувається протягом дрібних часток секунди всередині великогабаритних акумуляторних елементів під навантаженням, а також прискорює розробку більш безпечних поколінь акумуляторів для європейської автомобільної промисловості, — пишуть вчені у супровідній заяві.

Цей підхід має дати відповідь на запитання про те, що відбувається всередині акумуляторної клітки, коли вона виходить з ладу. До цього часу виробники кліток та інтегратори автомобілів змушені були покладатися на симуляції, руйнівні тести чи непрямі вимірювання. Однак метод, розроблений Fraunhofer EMI, має дозволити побачити, що відбувається всередині працюючої клітки. За словами представників проекту, цей пристрій поєднує високопродуктивну рентгеновську технологію з спеціально розробленою камерою для тестування акумуляторів, а також розгорнуту систему датчиків для одночасного вимірювання температури, тиску, напруги та потоку газу. „Завдяки до 1 000 знімків на секунду процеси, такі як утворення газу, зсув матеріалів та утворення тріщин всередині клітки, фіксуються з найвищою роздільною здатністю – процеси, які раніше відбувалися повністю непомітно“, — йдеться у звіті інституту.

Д-р Себастьян Шопферер, керівник відділу безпеки акумуляторів у Fraunhofer EMI, підкреслює: „Завдяки нашому методу In-situ ми можемо відстежувати те, що відбувається протягом дрібних часток секунди всередині елемента – у реальному часі та з найвищою роздільною здатністю. Це змінює наше фундаментальне розуміння конструкції та безпеки акумуляторів“. Одним із ключових інженерних досягнень стало створення захисної камери, яка надійно захищає чутливі рентгенівські компоненти від екстремальних умов під час термічного розладу літій-іонних елементів.

Наскільки актуальним є цей підхід, свідчить активний інтерес з боку промисловості: Fraunhofer EMI повідомляє, що вже проводив аналіз матеріалів під час термічних випробувань та досліджував їхню поведінку при поширенні в багатоклітинних конструкціях для кількох німецьких виробників автомобілів („зокрема для VW та Audi“). „Отримані дані дозволяють оцінювати дизайн клітин на основі фактично спостережуваних процесів та цілеспрямовано вдосконалювати існуючі моделі симуляції – що є прямою користю для розробки продукції та процесів сертифікації“, — йдеться у повідомленні.

Особливо тісні зв’язки існують із дочірньою компанією VW у сфері акумуляторів — PowerCo. На наступному етапі Fraunhofer EMI та PowerCo планують спільно впровадити цю технологію у промислове використання. Інститут вносить свій досвід у галузі досліджень матеріалів, тестування акумуляторів на стійкість до пошкоджень та високошвидкісну візуалізацію. PowerCo забезпечує врахування вимог серійного виробництва та доступ до реальних типів елементів живлення.

За словами партнерів, перші результати співпраці вже сьогодні використовуються для розробки оптимізованих серійних елементів PowerCo. Проте це все ще пов’язано з певними логістичними складнощами. Однак кінець цьому видно: у 2028 році на заводі PowerCo в Зальцгіттері має бути встановлена відповідна рентгенівська установка. Ця система може масштабуватися під різні формати елементів та нові хімічні склади – «що є вирішальною перевагою для розробки майбутніх поколінь акумуляторів», — зазначає Інститут Фраунгофер.

HW Vassen, CTO у PowerCo, коментує: „Завдяки високошвидкісному рентгенографуванню в місці дослідження ми піднімаємо дослідження акумуляторів на новий рівень: уперше ми можемо візуалізувати динамічні процеси всередині елементів в реальному часі та у сповільненні. Ця безпрецедентна глибина огляду дозволяє нам цілеспрямовано оптимізувати безпеку та дизайн акумуляторних елементів, а також значно швидше впроваджувати інновації у промислове використання. Разом із Fraunhofer EMI ми таким чином просуваємо високотехнологічні рішення ‚вироблені в Європі‘ та зміцнюємо роль Європи в індустрії акумуляторів.“

Як відомо, PowerCo була заснована у 2022 році концерном Volkswagen та відповідає за розробку та виробництво акумуляторних елементів цього концерну. Компанія розташована у Сальцгіттері та наразі будує три заводи з виробництва елементів із загальною потужністю до 200 гігават-годин на рік: у Сальцгіттері (Німеччина), Валенсії (Іспанія) та Сент-Томасі (Канада).