Рентгенівська система Фраунгофера розкриває внутрішню структуру елементів акумулятора.

Інститут Fraunhofer EMI розробив спеціальну технологію рентгенівського випромінювання, яка дозволяє у реальному часі бачити динамічні процеси в пристроях великого формату. Разом із дочірньою компанією Volkswagen з виробництва акумуляторів PowerCo ця технологія зараз готується до промислового використання.

Інститут високошвидкісної динаміки Fraunhofer, Ernst-Mach-Institut, називає свою інноваційну технологію рентгенівського випромінювання «унікальною у світі системою високошвидкісних рентгенівських променів». За словами вчених інституту, вона дозволяє побачити те, що відбувається всередині акумуляторних елементів великого формату протягом дробів секунди під навантаженням, що може допомогти прискорити розробку більш безпечних поколінь акумуляторів для європейської автомобільної промисловості.

Метою цього підходу є визначення того, що відбувається всередині елемента акумулятора під час його збою. До цього моменту виробники елементів та інтегратори автомобілів покладалися на симуляції, методи руйнівних випробувань чи непрямі вимірювання. Однак метод, розроблений Fraunhofer EMI, тепер дозволяє отримати прямий огляд робочого елемента. За словами команди, система поєднує високопродуктивні технології рентгенівського випромінювання з спеціально розробленою камерою для тестування акумуляторів та всебічною технологією датчиків для одночасного запису температури, тиску, напруги та потоку газу: «Записуючи до 1 000 зображень на секунду, вона дозволяє бачити процеси, такі як утворення газу, зсув матеріалу та поширення тріщин всередині елемента, з надзвичайно високою роздільною здатністю — події, які до цього залишалися непоміченими».

Доктор Себастьян Шопферер, керівник відділу безпеки акумуляторів у Fraunhofer EMI, підкреслює: «Наш метод безпосереднього спостереження дозволяє бачити, що відбувається всередині елемента за долі секунди — у реальному часі та з найвищою роздільною здатністю. Це кардинально змінює наше розуміння проектування та безпеки акумуляторів». Одним із ключових інженерних досягнень стало створення захисної камери, яка надійно захищає чутливі компоненти, що працюють на рентгенівських хвилях, від екстремальних умов під час теплового вибуху літій-іонних елементів.

Актуальність цього підходу ще більше підтверджується сильним інтересом промисловості: Fraunhofer EMI пояснив, що вже проводив дослідження процесу викидання матеріалу під час теплового вибуху та поведінки поширення у багатокамерних системах для кількох німецьких автовиробників, зокрема VW та Audi. Згідно з їхньою заявою: «Отримані дані дозволяють інженерам оцінювати конструкції камер на основі безпосередньо спостережуваних процесів та удосконалювати моделі симуляції з більшою точністю — що створює пряму додану вартість для процесів розробки та сертифікації продуктів».

Цей проект тісно пов’язаний із PowerCo, дочірньою компанією Volkswagen у сфері акумуляторів. На наступному етапі Fraunhofer EMI та PowerCo планують спільно перевести цю технологію у промислове використання. Інститут надає свої знання у галузі досліджень матеріалів, тестування акумуляторів на стійкість та високошвидкісної зйомки, тоді як PowerCo забезпечує вимоги до серійного виробництва та доступ до реальних типів елементів живлення.

Перші результати співпраці вже використовуються під час розробки оптимізованих серійних елементів живлення в PowerCo. Хоча це все ще вимагає логістичних зусиль, кінець вже видно: до 2028 року на заводі PowerCo у Зальцгіттері має бути встановлена відповідна рентгенівська система. Ця система є скальованою для різних форматів елементів живлення та нових хімічних складів – «що є важливою перевагою для розробки майбутніх поколінь акумуляторів», — зазначає Інститут Фраунгофера.

ГВ Вассен, технічний директор PowerCo, прокоментував: „Завдяки високошвидкісному рентгенівському скануванню на місці ми підносимо дослідження акумуляторів на новий рівень. Вперше ми можемо бачити динамічні процеси всередині елементів у реальному часі та у сповільненні. Така безпрецедентна глибина аналізу дозволяє нам цілеспрямовано оптимізувати безпеку та дизайн акумуляторних елементів, що прискорює впровадження інновацій у промисловість. Разом із Fraunhofer EMI ми розвиваємо високі технології європейського виробництва та зміцнюємо роль Європи в індустрії акумуляторів.“

PowerCo була заснована групою Volkswagen у 2022 році та відповідає за розробку та виробництво акумуляторних елементів цієї групи. 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).