Sacar más partido a la batería con simulaciones
Modernas herramientas de simulación e innovadoras técnicas de medición para impulsar el desarrollo de pilas para coches eléctricos
Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Matemáticas Industriales ITWM utilizan tecnologías innovadoras para estudiar el comportamiento de las baterías durante su carga y descarga, la optimización de su producción y su envejecimiento. Utilizan modernas herramientas de simulación e innovadoras técnicas de medición para impulsar el desarrollo de celdas de baterías para coches eléctricos.
Los electrodos son un componente central de las pilas de batería. La estructura microscópica de los electrodos tiene una influencia decisiva en el comportamiento de toda la célula de la batería. El software de simulación BEST del Fraunhofer ITWM permite simular detalladamente la microestructura tridimensional de los electrodos. A través de estas simulaciones, nuestros investigadores obtienen información importante sobre el comportamiento de la célula de la batería: "Podemos utilizar estos conocimientos para predecir cómo se comportará la célula durante la carga y la descarga y, a continuación, realizar optimizaciones específicas para mejorar el rendimiento y la eficiencia de la batería", explica el Dr. Jochen Zausch, jefe del equipo de "Electroquímica y Baterías".
Predicción del envejecimiento de las baterías mediante simulación
Las celdas de las baterías envejecen tanto durante su uso activo como durante su almacenamiento. Hay muchos factores que influyen en el comportamiento de envejecimiento. Por ejemplo, la tensión mecánica durante el funcionamiento puede hacer que partes de la célula se vuelvan inactivas y dejen de contribuir al intercambio de carga. Además, se producen reacciones químicas secundarias que provocan una pérdida de capacidad y un aumento de la resistencia interna, lo que impide el rendimiento. "Trabajamos para comprender mejor las células e investigamos cómo pueden ralentizarse estos procesos especiales de envejecimiento para ahorrar recursos y energía en la producción de baterías a largo plazo", explica el Dr. Falco Schneider, experto en envejecimiento de células de baterías. La última versión del software BEST integra varios modelos de envejecimiento y métodos de análisis.
Optimización de la producción de baterías basada en la simulación
Los investigadores del Fraunhofer ITWM también se centran en la producción de baterías, que se está impulsando en el proyecto financiado por el gobierno estatal "Digitalización de la producción de células de batería para crear un gemelo de batería para todo el ciclo de vida del producto", o DiBaZ para abreviar. Un aspecto clave es la simulación y optimización de los pasos centrales en la producción de baterías, como el calandrado de los electrodos, la humectación del electrolito y la formación de las celdas de la batería o el encapsulado en espuma de las celdas dentro de módulos para su aislamiento, utilizando herramientas probadas como FeelMath, FLUID y FOAM.
DiBaZ reúne diversas áreas de conocimiento en el Fraunhofer ITWM para desarrollar un gemelo digital para todos los pasos del proceso de producción de baterías. "Gracias al trabajo en este proyecto, podemos ofrecer a nuestros socios industriales métodos y modelos que no sólo simulan procesos de la producción de baterías, sino que también permiten un control de calidad no destructivo e incluyen la gestión de la energía con un control predictivo", explica el Dr. Konrad Steiner, coordinador del proyecto.
Control de calidad en la producción de baterías
El Fraunhofer ITWM también ha seguido desarrollando su tecnología de medición de terahercios y ofrece nuevas posibilidades para inspeccionar el revestimiento de los electrodos de las celdas de las baterías. Los sistemas de inspección basados en la radiación de terahercios son métodos ópticos sin contacto y no destructivos. Y lo que es más importante, son totalmente inocuos para la salud. "Los resultados de las pruebas realizadas con la tecnología de medición de terahercios son prometedores y demuestran el gran potencial de esta tecnología para la producción de celdas de batería", afirma el Dr. Joachim Jonuscheit, subdirector del departamento "Caracterización y ensayo de materiales" del Fraunhofer ITWM.
Presentación en Battery Show Europe 2025
En la feria Battery Show Europe 2025, que se celebrará del 3 al 5 de junio, los expertos estarán representados con una exposición sobre la medición en línea del espesor de capas de revestimientos de láminas de baterías. Los investigadores también presentarán los últimos desarrollos de nuestra herramienta de simulación BEST, así como las posibilidades para la simulación física de celdas y la simulación de procesos de producción de baterías.
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