Guardare dentro una batteria mentre lavora, quasi come farebbe un medico con una radiografia, non è più fantascienza. Il Fraunhofer EMI ha messo a punto un sistema a raggi X che permette di osservare in tempo reale ciò che accade all’interno delle grandi celle prismatiche agli ioni di litio quando vengono spinte sotto stress. Una capacità che, fino a poco tempo fa, sembrava fuori portata. E il bello è che questa tecnologia arriverà davvero nell’industria, grazie alla collaborazione con PowerCo, la società di Volkswagen che si occupa proprio di batterie.
Il numero che colpisce è uno solo: fino a 1.000 immagini al secondo. Tanto basta per cogliere fenomeni velocissimi, quelli che normalmente sfuggono a qualsiasi occhio. Formazione di gas, spostamento dei materiali, crepe che si propagano da un punto all’altro della cella. Tutto immortalato mentre succede.
Una vera finestra aperta sull’interno della cella
Fino a oggi, capire cosa succede davvero dentro una cella quando si avvicina a un guasto era un rebus. Produttori e integratori si sono dovuti arrangiare con simulazioni, test distruttivi e misurazioni indirette. Un po’ come indovinare cosa c’è dentro una scatola senza poterla aprire. Il Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut, ha ribaltato il tavolo con un sistema di imaging ad alta velocità che mostra i fenomeni dinamici mentre sono in corso.
La diagnostica avviene dentro una camera di test progettata apposta, affiancata da sensori che registrano contemporaneamente temperatura, pressione, tensione e flusso dei gas. In pratica, un quadro completo che unisce immagine e dati numerici nello stesso istante. Un livello di dettaglio che apre parecchie porte a chi progetta celle.
Dalla propagazione delle crepe al thermal runaway
Il cuore della ricerca è lo studio del thermal runaway, la cosiddetta fuga termica. È quel processo che può far salire la temperatura in modo rapidissimo, con espulsione di materiale e gas. Un incubo per chiunque lavori sulla sicurezza delle batterie. La difficoltà più grande, qui, è riuscire a osservare tutto senza che le condizioni estreme del test finiscano per distruggere il sistema di imaging stesso.
La soluzione è stata una camera protettiva capace di isolare i componenti sensibili durante le prove più severe. Il laboratorio ha già usato questa tecnica per studiare l’espulsione dei materiali e il comportamento della fuga termica in configurazioni multi-cella, anche per conto di costruttori tedeschi come Volkswagen e Audi. Non un esercizio teorico, quindi, ma qualcosa che ha già lasciato il segno.
PowerCo porta tutto verso la produzione, appuntamento a Salzgitter nel 2028
Adesso arriva il passo grosso. La collaborazione con PowerCo punta a trasformare questa capacità di analisi in uno strumento davvero utilizzabile su scala industriale. Il Fraunhofer EMI porta in dote le competenze su materiali, test di abuso e imaging veloce. PowerCo, dal canto suo, mette sul tavolo i requisiti della produzione in serie e l’accesso alle proprie celle.
I dati raccolti servono a confrontare diversi progetti di cella, affinare i modelli di simulazione e stanare in fretta eventuali problemi di sicurezza. Roba che pesa anche sui processi di sviluppo e certificazione. La fase successiva prevede l’installazione, entro il 2028, di un sistema a raggi X presso il sito PowerCo di Salzgitter, in Germania. L’architettura sarà scalabile per formati di cella diversi e potrà adattarsi anche a nuove chimiche, un aspetto tutt’altro che secondario in un momento in cui l’industria europea lavora su più fronti contemporaneamente. PowerCo sta già usando i primi risultati nello sviluppo delle proprie celle di serie.
Fonte
Immagine: vaielettrico.it