Nel mondo delle batterie agli ioni di litio, la capacità di osservare i processi interni in tempo reale rappresenta un enorme passo avanti. Il Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut (EMI) ha sviluppato una tecnologia a raggi X ad alta velocità che promette di rivoluzionare il settore. In collaborazione con PowerCo la società di Volkswagen dedicata alle batterie, questa innovazione potrebbe diventare uno strumento industriale entro il 2028.
Una finestra sull’interno delle batterie
Comprendere cosa accade all’interno di una batteria durante condizioni di stress è fondamentale per migliorarne la sicurezza e l’efficienza. Fino ad oggi, i produttori hanno dovuto affidarsi a simulazioni, test distruttivi e misurazioni indirette. Tuttavia, il nuovo sistema di imaging a raggi X sviluppato da Fraunhofer EMI permette di osservare direttamente i fenomeni dinamici all’interno delle celle mentre si verificano.
Questa tecnologia è in grado di acquisire fino a 1.000 immagini al secondo rendendo visibili fenomeni come la formazione di gas, lo spostamento dei materiali e la propagazione delle fratture. La diagnostica viene effettuata all’interno di una camera di test appositamente progettata, abbinata a sensori che registrano contemporaneamente temperatura, pressione, tensione e flusso dei gas.
Lo studio del thermal runaway
Uno degli ambiti di maggiore interesse è lo studio del thermal runaway un fenomeno che può portare a un rapido aumento della temperatura e a fenomeni di espulsione di materiale e gas. La principale difficoltà tecnologica consiste nel riuscire a effettuare l’osservazione senza che le condizioni estreme della prova danneggino il sistema di imaging. Fraunhofer EMI ha sviluppato una camera protettiva capace di isolare i componenti sensibili ai raggi X durante i test più severi.
Il laboratorio ha già utilizzato questa tecnologia per caratterizzare l’espulsione di materiali durante la fuga termica e il comportamento della propagazione del fenomeno in configurazioni multi-cella, anche nell’ambito di attività svolte per diversi costruttori tedeschi, tra cui Volkswagen e Audi.
PowerCo e l’applicazione industriale
La collaborazione con PowerCo punta a trasformare questa capacità di analisi in uno strumento utilizzabile a livello industriale. Fraunhofer EMI mette a disposizione competenze in ricerca sui materiali, test di abuso delle batterie e imaging ad alta velocità. PowerCo contribuisce invece con i requisiti legati alla produzione in serie e con l’accesso alle proprie celle.
I dati raccolti possono essere utilizzati per confrontare direttamente diversi progetti di cella, migliorare i modelli di simulazione e individuare più rapidamente eventuali criticità legate alla sicurezza. Questo passaggio è fondamentale anche per i processi di sviluppo e certificazione delle batterie.
Il futuro a Salzgitter
La fase successiva prevede l’installazione, entro il 2028, di un sistema a raggi X presso il sito PowerCo di Salzgitter in Germania. Secondo Fraunhofer EMI, l’architettura sarà scalabile per differenti formati di cella e potrà essere adattata anche a nuove chimiche. Questo aspetto è particolarmente rilevante in una fase in cui l’industria europea sta lavorando contemporaneamente su diverse evoluzioni delle batterie, dalle celle prismatiche alle nuove generazioni di materiali e composizioni chimiche.
PowerCo sta già utilizzando i primi risultati della collaborazione nello sviluppo delle proprie celle di serie. Il sistema previsto a Salzgitter dovrebbe rappresentare il passaggio successivo: portare una tecnica oggi fortemente specialistica dentro il processo industriale di sviluppo delle batterie.