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Aging: validazione di modelli predittivi di invecchiamento e prosecuzione analisi post mortem di celle invecchiate

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Aging: validazione di modelli predittivi di invecchiamento e prosecuzione analisi post mortem di celle invecchiate

Il documento riporta i risultati delle prove di invecchiamento avviate nel 2020 su celle litio-ioni NMC. I risultati delle prove sono stati utilizzati per sviluppare un modello di invecchiamento in grado di prevedere la vita operativa della batteria, anche in condizioni di lavoro caratterizzate dalla presenza simultanea di diversi fattori di stress. Inoltre, il rapporto descrive il metodo per l’analisi dell’invecchiamento dei materiali di cella, sperimentato su semicelle Swagelok, costituito da test di caratterizzazione elettrochimica e analisi chimico-fisiche per evidenziare il degrado.

Negli ultimi anni, grazie alla diffusione dei veicoli elettrici, la quantità di batterie prodotte è in forte aumento. Quindi, risulta necessario migliorare le prestazioni delle batterie esistenti, attraverso una loro gestione ottimale che consideri i modelli di invecchiamento, e quelle delle future tecnologie, attraverso lo sviluppo di nuovi materiali di cella. Per raggiungere questi obiettivi, RSE ha affrontato il tema dell’analisi dell’invecchiamento delle batterie 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 di prove di invecchiamento non distruttive e di analisi post-mortem di tipo distruttivo su batterie della stessa tecnologia, ma di taglia diversa.
Il seguente rapporto riporta i risultati delle prove di invecchiamento non distruttive avviate su celle e moduli litio-ioni NMC tipo pouch. Le celle in prova sono state sottoposte a 2500 cicli equivalenti e un anno e mezzo di prove di invecchiamento di calendario, in condizioni operative caratterizzate da diversi fattori di stress. Alcune celle hanno raggiunto le condizioni di fine vita, corrispondente a una perdita del 20% della capacità, mentre altre, soggette a condizioni di lavoro meno stressanti, no.
I risultati delle prove sono stati utilizzati per l’identificazione dei parametri di un modello di invecchiamento, in grado di ottenere una previsione della vita operativa della cella o di una batteria anche in condizioni di lavoro caratterizzate dalla presenza simultanea di diversi fattori di stress. Il modello sviluppato è stato validato su celle soggette a vari fattori di stress; l’errore massimo di stima della vita utile è inferiore al 3%.
Il rapporto riporta anche la progettazione del database in cui saranno inseriti i risultati delle prove di invecchiamento e che sarà popolato con i vari dati sperimentali.
Parallelamente è stata testata la procedura di analisi post-mortem dei materiali di cella. Le semicelle sono state sottoposte a test di caratterizzazione elettrochimica e invecchiamento. I risultati hanno permesso di evidenziare delle criticità nella procedura di prova, impedendo di trarre conclusioni sul degradamento dei materiali. La procedura che sarà quindi migliorata prima di eseguire nuovi test.

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