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rapporti - Deliverable

Aging: definizione di modelli predittivi di invecchiamento di batterie litio-ioni e analisi post mortem

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Aging: definizione di modelli predittivi di invecchiamento di batterie litio-ioni e analisi post mortem

Il documento riporta i risultati preliminari di una serie di prove di invecchiamento non distruttive avviate su celle litio-ioni commerciali NMC tipo pouch. I risultati delle prove sono stati utilizzati per l’identificazione dei parametri di un modello di invecchiamento semiempirico di questa tecnologia, che permette di ottenere una previsione della vita operativa della batteria, anche in condizioni di lavoro caratterizzate dalla presenza simultanea di diversi fattori di stress. Si descrive inoltre l’esecuzione delle prime fasi di una procedura di analisi post-mortem eseguita su celle della stessa tecnologia, ovvero l’apertura di una cella, l’estrazione di campioni dei diversi materiali e l’assemblaggio di semicelle Swagelok a tre elettrodi a partire dai materiali recuperati. Le semicelle saranno sottoposte a test di caratterizzazione elettrochimica e invecchiamento e successivamente si effettueranno analisi chimicofisiche per evidenziare il degrado dei materiali causato dall’invecchiamento.

L’analisi dei meccanismi di invecchiamento degli accumulatori elettrochimici è uno dei temi più importanti dell’attività di ricerca in questo settore. Lo scopo finale della ricerca è ottenere un generale aumento delle prestazioni dei sistemi di accumulo elettrochimico, perseguibile, nel breve periodo, attraverso una gestione ottimale dei sistemi avvalendosi di modelli di invecchiamento predittivi e, nel lungo periodo, tramite un miglioramento dei materiali di cella. Il raggiungimento di questi obiettivi richiede generalmente approcci e metodologie molto differenti.

L’attività di ricerca svolta in RSE si propone di affrontare il tema dell’analisi dell’invecchiamento dei sistemi di accumulo, da un punto di vista quanto più ampio possibile. A questo scopo è stata sviluppata una metodologia di analisi dell’invecchiamento che integra diversi approcci e si propone di perseguire entrambi gli obiettivi di miglioramento citati. La metodologia si basa sull’esecuzione parallela, invece che sequenziale, di prove di invecchiamento non distruttive e di analisi post mortem di tipo distruttivo su batterie della stessa tecnologia, ma di taglia diversa.

Il documento riporta i risultati preliminari delle prove di invecchiamento non distruttive avviate su celle litio-ioni commerciali NMC tipo pouch. Le celle in prova sono state sottoposte ad oltre 1000 cicli di lavoro equivalenti e 6 mesi di prove di invecchiamento di calendario, in condizioni operative caratterizzate da diversi fattori di stress. I risultati delle prove di invecchiamento sono stati utilizzati per l’identificazione dei parametri di un modello semiempirico di invecchiamento di questa tecnologia, in grado di ottenere una previsione della vita operativa della batteria anche in condizioni di lavoro caratterizzate dalla presenza simultanea di diversi fattori di stress. L’approccio semiempirico combina osservazioni sperimentali e analisi teoriche e, rispetto ad un approccio esclusivamente empirico, permette una stima della vita utile più accurata anche quando la batteria si trova a lavorare in condizioni operative diverse da quelle sperimentali. Sono state avviate anche prove di invecchiamento su moduli realizzati con la stessa tipologia di celle che hanno lo scopo di validare il modello di invecchiamento sviluppato. Nel documento si riporta il modello Entity-Relationship del database in cui saranno inseriti i risultati delle prove di invecchiamento e che sarà costruito e popolato nel prosieguo dell’attività.

Parallelamente è stata avviata la procedura di analisi post-mortem dei materiali di cella. Nel documento si descrivono le prime fasi della procedura, ovvero l’apertura di una delle celle, l’estrazione di campioni dei diversi materiali e l’assemblaggio di semicelle Swagelok a tre elettrodi a partire dai materiali recuperati. Le semicelle saranno sottoposte a test di caratterizzazione elettrochimica e invecchiamento.

Sono riportati i risultati preliminari di prove per la misura di impedenza elettrochimica tramite spettroscopia eseguite sulle celle sottoposte alle prove non distruttive. Lo scopo di questi test è individuare ulteriori parametri diagnostici oltre a quelli già utilizzati.

Nel prosieguo dell’attività il modello di invecchiamento sviluppato sarà implementato in un algoritmo che permetterà di prevedere la vita operativa del sistema di accumulo in funzione delle condizioni di lavoro e dello stato di salute attuale.

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