Tecnologia quantistica e IA: la chiave per applicazioni sicure di seconda vita per le batterie agli ioni di litio
Innovativo metodo di test rapido per la determinazione precisa delle condizioni delle batterie per uso industriale
Per promuovere la sostenibilità della mobilità elettrica e utilizzare le risorse in modo più efficiente, l'upcycling delle batterie agli ioni di litio sta diventando sempre più importante. Si stanno cercando concetti per rallentare i cicli dei materiali. Ciò si ottiene utilizzando le batterie usate dei veicoli elettrici in nuove aree di applicazione, invece di trasferirle immediatamente ai processi di riciclaggio. Nonostante il notevole potenziale di conservazione delle risorse, l'upcycling non si è ancora affermato per motivi tecnici ed economici. Un team di ricercatori è ora in grado di fornire una soluzione pronta per l'applicazione utilizzando un metodo di misurazione ad alta velocità e l'intelligenza artificiale.
È possibile riutilizzare in modo efficiente e sicuro le batterie usate dei veicoli elettrici? Quali sono gli ostacoli tecnici ed economici da superare? Nell'ambito del progetto di ricerca "QuaLiProM", finanziato dal Ministero Federale Tedesco dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF), un team di progetto interdisciplinare ha affrontato queste domande e si è posto l'obiettivo scientifico di determinare l'energia residua e la vita utile delle batterie agli ioni di litio usate in modo non distruttivo, rapido e sicuro, in modo da rendere possibile un secondo utilizzo affidabile ed economicamente conveniente.
Quanto è sana una batteria? Lo stato dell'arte e le sfide esistenti nel determinare lo stato di salute
Le batterie agli ioni di litio invecchiano sia durante lo stoccaggio che durante il funzionamento, causando una perdita di capacità e un aumento della resistenza interna, con conseguente continua diminuzione dell'energia e delle prestazioni. Lo stato di salute di una batteria è solitamente definito dallo Stato di Salute (SoH), che descrive il cambiamento di condizione di una cella in relazione all'età rispetto al suo stato originale. La determinazione del SoH è un fattore chiave per valutare le prestazioni e la durata delle batterie. Per determinare la SoH delle batterie si possono utilizzare diversi metodi sperimentali. Le misure elettrochimiche come i test di capacità, la spettroscopia di impedenza elettrochimica o i test di durata possono essere utilizzati, ad esempio, per determinare la capacità residua disponibile o la resistenza interna delle celle invecchiate, anche se sono di scarso valore senza fare riferimento ai valori iniziali delle celle nelle loro nuove condizioni. Inoltre, la caratterizzazione elettrochimica richiede il contatto elettrico delle celle e non è quindi adatta alla diagnostica rapida. Inoltre, questo tipo di test fornisce solo informazioni sulle condizioni globali della cella, mentre i difetti o i punti caldi di carica non possono essere chiaramente identificati.
A differenza dei metodi sperimentali precedentemente utilizzati per il controllo di qualità o l'analisi del valore residuo delle celle agli ioni di litio, la magnetometria quantistica consente di determinare lo stato di salute delle celle della batteria in modo rapido, economico e preciso. Nel campo della ricerca sulle batterie, è già stato dimostrato che questo metodo può essere utilizzato per determinare con precisione la magnetizzazione di una cella in funzione delle condizioni. In particolare, è stato dimostrato che i difetti, le impurità e lo stato di carica possono essere rilevati utilizzando sensori quantistici. Sulla base di questi risultati promettenti, un metodo di misurazione ad alta velocità basato sulla magnetometria quantistica e sull'intelligenza artificiale viene utilizzato nell'ambito del "progetto QuaLiProM" per classificare le celle in base al loro stato di salute nelle applicazioni industriali.
Un'innovativa metodologia di test rapido per la determinazione precisa dello stato delle batterie per uso industriale
Nel progetto QuaLiProM, le celle agli ioni di litio sono sottoposte a un degrado forzato mediante test di invecchiamento ciclico per sviluppare la metodologia di test rapido. L'analisi dei dati di misurazione elettrochimica costituisce la base iniziale per identificare i meccanismi di invecchiamento dominanti. Registrando e analizzando questi dati, è possibile trarre conclusioni precise sulle condizioni e sulle prestazioni residue delle celle. Le celle della batteria trasferite in stati di invecchiamento definiti con l'aiuto dei test di invecchiamento vengono poi analizzate con la magnetica quantistica. Il sensore quantistico misura il campo magnetico delle celle con elevata precisione osservando lo spin di uno speciale difetto in un diamante, che emette un numero diverso di particelle luminose a seconda del campo magnetico. In questo modo, vengono generate mappature del campo magnetico che forniscono informazioni preziose su eventuali anomalie nelle celle della batteria. Questo metodo non distruttivo non richiede cicli di carica e scarica che richiedono molto tempo ed è quindi adatto all'uso nella produzione di celle e nel processo di riciclaggio o upcycling. L'imminente trasferimento della metodologia dal livello di laboratorio alla scala industriale è uno degli obiettivi principali del progetto.
Per l'analisi basata sull'intelligenza artificiale delle mappature del campo magnetico, vengono utilizzati metodi innovativi di apprendimento profondo per identificare caratteristiche caratteristiche, le cosiddette caratteristiche sane, che mostrano una chiara correlazione con lo stato di invecchiamento delle cellule. Queste caratteristiche vengono utilizzate per classificare le cellule in base al loro stato di salute, ad esempio sane, degradate o difettose. In questo modo, è possibile identificare le cellule degradate ma ancora funzionali che non sono più adatte all'uso nei veicoli elettrici a causa della capacità insufficiente. Sviluppando adeguate strategie di upcycling e ricercando nuove applicazioni di seconda vita in settori meno impegnativi, il progetto mira a promuovere l'uso sostenibile ed efficiente delle risorse delle celle delle batterie e ad accelerare il loro trasferimento all'industria.
Partner del progetto
- Industrial Dynamics GmbH (coordinatore)
- Sekels GmbH
- Battery Dynamics GmbH
- Nehlsen AG
- Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga, Gruppo per le tecnologie quantistiche applicate
- Istituto Fraunhofer per l'ingegneria della produzione e la ricerca applicata sui materiali IFAM
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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