Tirar maior partido da bateria com simulações
Ferramentas de simulação modernas e técnicas de medição inovadoras para impulsionar o desenvolvimento de células de bateria para automóveis eléctricos
Os investigadores do Instituto Fraunhofer de Matemática Industrial ITWM estão a utilizar tecnologias inovadoras para se concentrarem no comportamento das baterias durante o carregamento e o descarregamento, na otimização da produção de baterias e no envelhecimento das mesmas. Utilizam ferramentas de simulação modernas e técnicas de medição inovadoras para impulsionar o desenvolvimento de células de bateria para carros eléctricos.
Os eléctrodos são um componente central das células de bateria. A estrutura microscópica dos eléctrodos tem uma influência decisiva no comportamento de toda a célula da bateria. O software de simulação BEST do Fraunhofer ITWM permite simular em pormenor a microestrutura tridimensional dos eléctrodos. Através destas simulações, os nossos investigadores obtêm informações importantes sobre o comportamento da célula da bateria: "Podemos utilizar estes conhecimentos para prever o comportamento da célula durante o carregamento e o descarregamento e, em seguida, fazer optimizações específicas para melhorar o desempenho e a eficiência da bateria", explica o Dr. Jochen Zausch, chefe da equipa de "Eletroquímica e Baterias".
Previsão do envelhecimento da bateria por simulação
As células da bateria envelhecem tanto durante a utilização ativa como durante o armazenamento. Há muitos factores que influenciam o comportamento do envelhecimento. Por exemplo, o stress mecânico durante o funcionamento pode fazer com que partes da célula se tornem inactivas, deixando de contribuir para a troca de cargas. Além disso, ocorrem reacções químicas laterais, que resultam numa perda de capacidade e no aumento da resistência interna, o que impede o desempenho. "Estamos a trabalhar para compreender melhor as células e a investigar a forma como estes processos especiais de envelhecimento podem ser abrandados, a fim de poupar recursos e energia na produção de baterias a longo prazo", explica o Dr. Falco Schneider, especialista em envelhecimento de células de baterias. Vários modelos de envelhecimento e métodos de análise estão integrados na última versão do software BEST.
Otimização baseada na simulação da produção de baterias
Os investigadores do Fraunhofer ITWM também se concentram na produção de baterias, que está a ser impulsionada no projeto financiado pelo governo estadual "Digitalização da produção de células de bateria para criar um gémeo de bateria para todo o ciclo de vida do produto", ou DiBaZ, abreviadamente. Um aspeto fundamental é a simulação e otimização dos passos centrais na produção de baterias, como a calandragem dos eléctrodos, a molhagem do eletrólito e a formação de células de bateria ou o encapsulamento de células em espuma dentro de módulos para isolamento, utilizando ferramentas comprovadas como o FeelMath, FLUID e FOAM.
O DiBaZ reúne várias áreas de especialização no Fraunhofer ITWM para desenvolver um gémeo digital para todas as etapas do processo de produção de baterias. "Através do trabalho neste projeto, podemos oferecer aos nossos parceiros industriais métodos e modelos que não só simulam processos de produção de baterias, mas também permitem um controlo de qualidade não destrutivo e incluem a gestão de energia com controlo preditivo", explica o Dr. Konrad Steiner, coordenador do projeto.
Garantia de qualidade na produção de baterias
O Fraunhofer ITWM também desenvolveu a sua tecnologia de medição de terahertz e oferece novas possibilidades para inspecionar o revestimento dos eléctrodos das células de bateria. Os sistemas de inspeção baseados na radiação terahertz são métodos ópticos sem contacto e não destrutivos. Mais importante ainda, são completamente inofensivos para a saúde. "Os resultados dos testes da tecnologia de medição terahertz são promissores e mostram o grande potencial desta tecnologia para a produção de células de bateria", diz o Dr. Joachim Jonuscheit, vice-chefe do Departamento de "Caracterização e Teste de Materiais" do Fraunhofer ITWM.
Apresentação no Battery Show Europe 2025
No Battery Show Europe 2025, de 3 a 5 de junho, os especialistas estarão representados com uma exposição sobre a medição da espessura da camada em linha de revestimentos de folhas de bateria. Os investigadores também apresentarão os últimos desenvolvimentos da nossa ferramenta de simulação BEST, bem como as possibilidades de simulação física de células e a simulação de processos de produção de baterias.
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