バッテリーエンジニアは、リチウムイオンバッテリーが故障した際の内部状況を正確に観察できるようになります。ドイツのフラウンホーファー高速力学研究所（Fraunhofer EMI）は、8月13日に、その高速X線技術がフォルクスワーゲンのバッテリー会社PowerCoの産業用途に向けて準備が進んでいることを発表しました。このシステムは、大型プリズム型バッテリーが過酷な条件下で動作している際の内部状況を捉えることができます。フラウンホーファーEMIはこれを「世界で唯一の高速X線システム」と表現しています。
この技術は、欧州の自動車メーカーがバッテリーの安全性をより良く研究し、将来のバッテリー設計を改善するのに役立ちます。
バッテリーの故障は非常に迅速に発生する可能性があり、エンジニアがバッテリー内部の具体的な状況を特定するのが難しくなります。通常、彼らはコンピュータシミュレーション、破壊的テスト、またはバッテリーの外部からの測定に依存しています。フラウンホーファーEMIのシステムは、研究者がテストプロセス中にバッテリー内部を直接観察できるようにします。このシステムは、高性能のX線イメージング技術を組み合わせ、専用のバッテリーテストルームと同時に温度、圧力、電圧、ガス流量を監視するセンサーを備えています。このシステムは、毎秒最大1,000枚の画像を録画でき、研究者はガスの形成、材料の移動、亀裂の拡大の過程を詳細に観察できます。
「毎秒最大1,000枚の画像を録画し、非常に高い解像度でバッテリー内部のガス形成、材料移動、亀裂拡大などのプロセスを明らかにすることができ、これらのイベントはこれまで視界の外に隠れていました。」
フラウンホーファーEMIの高速X線技術がバッテリー安全研究の方法を変える
フラウンホーファーEMIが開発した世界で唯一の高速X線システムは、大型プリズム型バッテリー内部の動的プロセスをリアルタイムで表示することが初めて可能になります。この技術は、リチウムイオンバッテリーが熱暴走状態に入る際に発生する過酷な条件にも対処する必要があります。フラウンホーファーEMIは、敏感なX線機器を保護し、テストプロセス中の安全を確保するための保護室を設けました。フラウンホーファーEMIのバッテリー安全部門責任者であるセバスチャン・ショッフェラー博士は、「私たちの原位アプローチにより、数分の一秒でバッテリー内部で何が起こっているかをリアルタイムで観察し、最高解像度で示すことができ、これによりバッテリー設計と安全性に対する理解が根本的に変わります。」と述べています。
フラウンホーファーEMIは、熱暴走プロセス中に材料がどのように弾き出され、故障が複数のバッテリーコンビネーションにどのように広がるかを研究するためにこのシステムを利用しています。同研究所は、フォルクスワーゲンやアウディを含む多くのドイツの自動車メーカーがこれらのデータを使用していると述べています。「これらの結果データは、エンジニアが直接観察されたプロセスに基づいてバッテリー設計を評価し、より高い精度でシミュレーションモデルを改善することを可能にし、製品開発と認証プロセスに直接的な付加価値をもたらします。」
次のステップは、この技術を産業用バッテリー開発に適応させることです。フラウンホーファーEMIは、材料研究、バッテリーテスト、高速イメージングに関する専門知識を共有し、PowerCoは生産要件とそのバッテリーデザインへのアクセスを提供します。PowerCoは、この協力の成果がより良い生産バッテリーの開発に寄与していると述べています。2028年までにドイツのザールブリュッケンにあるPowerCoの敷地に専用のX線システムを建設する計画です。このシステムは、異なるバッテリー形式と化学成分に対応し、バッテリー技術の進展に応じて常に更新されることが可能です。
PowerCoの最高技術責任者HWバッセンは、この新技術について次のように強調しています。「原位高速X線イメージングによって、私たちはバッテリー研究を新たなレベルに引き上げます。」彼はさらに、「これは、バッテリー内部の動的プロセスをリアルタイムでスローモーションで表示することができる初めての機会です。この前例のない深い洞察により、私たちはバッテリーの安全性と設計を高度にターゲットを絞った方法で最適化し、革新をより早く産業用途に推進することができます。フラウンホーファーEMIと共に、私たちは欧州製造のハイテクを進め、バッテリー産業における欧州の地位を強化しています。」