Hexagon ha annunciato il lancio di una nuova soluzione di progettazione di celle batteria che sfrutta sia la tecnologia di simulazione elettrochimica del Fraunhofer Mathematical Research Institute ITWM sia il software di simulazione e metrologia di materiali multifisici di Hexagon.
Lo sviluppo di una nuova cella della batteria è un processo complesso e dispendioso in termini di tempo. La ricerca e lo sviluppo comportano procedure laboriose, inclusa la definizione di un progetto di esperimento (DoE) e simulazioni basate sui principi primi per esplorare nuove configurazioni elettrochimiche. Queste teorie vengono poi sottoposte a test fisici in laboratorio. Ogni fase della produzione di queste celle può influenzare non solo il tasso di rigetto, ma anche la loro prestazione finale.
La nuova soluzione di progettazione di batterie elettrochimiche di Hexagon integra il solutore Battery and Electrochemistry Simulation Tool (Best) di Fraunhofer ITWM nella suite Digital Materials di Hexagon per consentire l’esplorazione multifisica dei progetti di celle tenendo conto degli effetti dei processi delle batterie. produzione.
Questo “laboratorio virtuale” presenta vantaggi in termini di costi e produttività. La sua interfaccia utente consente di modellare la microstruttura degli elettrodi fino all’assemblaggio completo della cella (elettrolita, separatore, materiale attivo, legante, collettore di corrente) da una libreria integrata di materiali della batteria.
I clienti possono anche esplorare l’impatto che i cambiamenti nelle proprietà dei materiali e nella microstruttura della batteria hanno, tra le altre cose, sul miglioramento dei risultati prestazionali (efficienza energetica, durata, protocolli di ricarica ottimali) attraverso la selezione di materiali e configurazioni appropriati, inclusa la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la distribuzione del legante del carbonio. .
Esaminando l’impatto dei processi di produzione sulla microstruttura delle celle, compresa la capacità di decodificare la struttura interna delle celle prodotte da una scansione TC e dal potente software metrologico VGStudio Max 3D di Hexagon, nonché lo studio dell’invecchiamento della batteria e le implicazioni sulla sicurezza della progettazione delle celle per riguardano anche la definizione di un protocollo di ricarica ottimale per il sistema di gestione della batteria.
« La progettazione e lo sviluppo delle celle presentano sfide importanti a causa della complessità della scelta tra materiali, progettazione elettrochimica, progettazione meccanica e processi di produzione. Finora gran parte di questo processo complesso si è basato su cicli di tentativi ed errori, ma attraverso la nostra partnership con Fraunhofer ITWM, siamo fiduciosi di poter aiutare i team di ricerca e sviluppo a migliorare le prestazioni dei progetti di celle batteria e a svilupparli più rapidamente grazie al rapido ritorno di prototipi », spiega Guillaume Boisot, direttore senior del dipartimento materiali e piattaforme di Hexagon.
Subham Sett, vicepresidente dell’unità Multifisica di Hexagon, aggiunge: “ Le prestazioni e la qualità delle batterie sono fattori di differenziazione competitiva, in particolare nel mercato automobilistico. Abbiamo investito nella nostra gestione termica e nelle simulazioni fuori controllo. Con questa nuova aggiunta, siamo certi di poter aiutare i produttori ad acquisire una visione più olistica di queste interazioni multifisiche mentre ridefiniscono il processo di progettazione. »
“Abbiamo beneficiato di un’eccellente collaborazione tecnica per integrare il nostro risolutore elettrochimico per batterie – Best – con l’innovativo software di modellazione dei materiali di Hexagon. Ora non vediamo l’ora di contribuire a far avanzare più rapidamente le innovazioni delle batterie attraverso questo processo di simulazione completo”, nota Jochen Zausch dell’Istituto Fraunhofer ITWM.
La nuova soluzione di progettazione di batterie elettrochimiche integra il solutore Best di Fraunhofer ITWM con il software di modellazione del comportamento dei materiali di Hexagon, Digimat, parte della suite HxGN Digital Materials. Attraverso l’interfaccia utente, gli utenti possono simulare l’elettrochimica della microstruttura, dell’elettrolita, del separatore, del materiale attivo, del legante e del collettore di corrente di una cella per le configurazioni comuni delle celle agli ioni di litio, nonché dei prodotti chimici delle batterie allo zinco e al sodio, utilizzando tecniche avanzate di modellazione elettrochimica di Fraunhofer ITWM.
Digimat include una libreria di proprietà comuni dei materiali che può essere ampliata all’interno del software o utilizzando il software di gestione dei dati dei materiali MaterialCenter e Materials Connect di Hexagon. Le microstrutture possono essere importate da scansioni TC utilizzando VGStudio Max o create direttamente in Digimat.
Inoltre, i team di progettazione delle batterie possono applicare il modello di microstruttura sviluppato in Digimat per studiare ulteriormente le proprietà meccaniche. Il comportamento del materiale su scala macroscopica può essere valutato utilizzando un elemento di volume rappresentativo (RVE), che estende la capacità del modello per le analisi strutturali della cella, integrando un modello di materiale Digimat semplificato al software di analisi meccanica appropriato. Gli ingegneri meccanici possono così valutare le prestazioni meccaniche del “jelly roll” per ottimizzare la progettazione meccanica e la sicurezza della batteria in base alle precise proprietà del materiale.
