Hexagon y Fraunhofer ITWM se unen para ofrecer una nueva solución que permite a R&D en ingeniería reducir las pruebas de laboratorio al simular el rendimiento electroquímico de celdas
Hexagon presenta una nueva solución de diseño de celdas de batería, combina la tecnología de simulación electroquímica de Fraunhofer ITWM con el software de metrología y simulación de materiales multifísica de Hexagon, la intención es acelerar los nuevos programas de investigación y desarrollo de celdas de batería.
Llevar un nuevo producto de celdas de batería al mercado es muy complejo y requiere mucho tiempo. Los procesos de R&D son largos, implican el diseño de experimentos (DoE) utilizan simulaciones para descubrir nuevos diseños electroquímicos, que se prueban a través de prueba y error físico en un laboratorio. Hay muchos pasos en el proceso de fabricación de celdas que pueden afectar no solo los rechazos, sino también el rendimiento de la celda.
La nueva solución de diseño de baterías electroquímico de Hexagon integra el solver de simulación y electroquímica (BEST) de Fraunhofer ITWM dentro de la suite de materiales digitales de Hexagon, lo que permite una exploración multifísica eficiente de los diseños de celdas al tiempo que tiene en cuenta los efectos de los procesos de fabricación.
Este "laboratorio virtual" tiene importantes beneficios de costo y productividad. A través de una única interfaz, los clientes pueden modelar la microestructura de los electrodos hasta el ensamble completo de la celda (electrolito, separador, material activo, aglutinante, colector de corriente) a partir de una biblioteca integrada de materiales de baterías, y explorar el impacto que tienen las alteraciones en las propiedades del material y la microestructura de la batería, incluyendo:
- Mejorar los resultados de rendimiento, como la eficiencia energética, vida útil y los protocolos de carga óptimos, mediante la selección de materiales y configuraciones adecuados, incluida la distribución del tamaño de partícula y la distribución del aglutinante de carbono.
- Evaluar cómo los procesos de fabricación afectan a la microestructura de la celda, incluida la capacidad de aplicar ingeniería inversa a la estructura interna de las celdas fabricadas a partir de una tomografía computarizada utilizando el software de metrología 3D VGSTUDIO MAX de Hexagon
- Investigar la vida de la batería y las implicaciones de seguridad del diseño de celdas para informar la creación de un protocolo de carga óptimo para el sistema de manejo de baterías.
La nueva solución integra el solver BEST de Frauenhofer ITWM en el software de modelado de comportamiento de materiales Digimat de Hexagon, parte de su suite HxGN Digital Materials. Desde una única interfaz de usuario, los ingenieros pueden simular la electroquímica de la microestructura, el electrolito, separador, el material activo, aglutinante y el colector de corriente de una celda para configuraciones comunes de celdas de iones de litio, así como la química de las baterías de zinc y sodio, utilizando las técnicas avanzadas de modelado electroquímico de Fraunhofer ITWM.
Digimat incluye una biblioteca de propiedades comunes de los materiales que se pueden ampliar dentro o utilizando el software de gestión de datos de materiales MaterialCenter y Materials Connect de Hexagon. Las microestructuras pueden importarse de los análisis de tomografía computarizada utilizando VGSTUDIO MAX o crearse directamente en Digimat.
Además, los equipos de diseño de baterías pueden aplicar su modelo de microestructura desarrollado en Digimat para investigar más a fondo la caracterización de las propiedades mecánicas. El comportamiento del material a macro escala se puede evaluar utilizando un elemento de volumen representativo (RVE), lo que amplía la capacidad del modelo para los análisis estructurales de la celda mediante la incorporación de un modelo de material Digimat simplificado en el software de análisis mecánico correspondiente. De este modo, los ingenieros mecánicos pueden evaluar el rendimiento mecánico del rodillo de gelatina (jelly roll) para optimizar el diseño mecánico y la seguridad de la batería basándose en las propiedades precisas del material.
Fuente: Hexagon
