Estudio de la morfología interna de baterías de iones de litio sometidas a diferentes tipos de abuso a través de técnicas de Rayos X y microscopía electrónica de barrido.

Abstract

[ES] Dada la reciente inclusión en masa de los vehículos eléctricos al parque automovilístico de numerosos estados, es de vital importancia conocer los riesgos que estos pueden traer a las calles. Uno de los principales inconvenientes de estos productos es la inseguridad e incertidumbre que genera su fuente de alimentación, las baterías de iones de litio. Es por ello por lo que las mayores marcas del sector automovilístico tratan de buscar innovaciones en cuanto a la seguridad de estos elementos, siendo indispensable el estudio de la morfología y composición química de dichas baterías tanto previa como posteriormente al proceso de fuga térmica o TR (por sus siglas en inglés, ¿Thermal Runaway¿). Puesto que existe una necesidad de dicha información, la propuesta de este proyecto será el estudio y análisis de baterías de iones de litio tanto en buen estado, como abusadas térmica o mecánicamente. Evidentemente, la geometría de la alimentación en cada vehículo puede variar según su diseño y sus requerimientos, por lo que este proyecto se llevará a cabo principalmente con baterías cilíndricas, pese a la existencia de otras tipologías. La metodología que será empleada durante este proyecto será la reconstrucción en tres dimensiones (3D) de las baterías de muestra que se van a estudiar. Dichas muestras se tomarán mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés ¿Scanning Electron Microscope¿) y microscopía de rayos X (TXM, ¿Transmission X-ray Microscope¿), haciendo uso de tecnología avanzada como el Zeiss Xradia 620 Versa, por parte del hardware y de Dragonfly y su versión mejorada Dragonfly 3D World, en el terreno del software. El objetivo principal de este trabajo será determinar las diferencias que existen entre dichas fuentes de alimentación en su estado inicial y una vez terminado el proceso de fuga térmica. Con ello, se evaluarán distintas alternativas con la finalidad de subsanar dichos cambios que generan el fallo en estos dispositivos, escogiendo de entre dichas propuestas la solución más factible de aplicar en un mercado cambiante que trata de disminuir los costes para hacer del vehículo eléctrico una opción más accesible al consumidor.

[EN] Given the recent mass inclusion of electric vehicles in the vehicle fleet of many states, it is of the utmost important to be aware of the risks they can bring to the streets. One of the main drawbacks of these products is the insecurity and uncertainty generated by their power source, lithium-ion batteries. That is why the major brands in the automotive sector are trying to find innovations in terms of the safety of these elements, being essential to study the morphology and chemical composition of these batteries both before and after the thermal runaway process or TR (Thermal Runaway). Since there is a need for such information, the proposal of this project will be the study and analysis of lithium-ion batteries both in good condition and thermally or mechanically abused. Obviously, the geometry of the power supply in each vehicle may vary according to its design and requirements, so this project will be carried out mainly with cylindrical batteries, despite the existence of other types. The methodology that will be used during this project will be the reconstruction in three dimensions (3D) of the sample batteries to be studied. These samples will be taken by scanning electron microscopy (SEM, Scanning Electron Microscope) and X-ray microscopy (TXM, Transmission X-ray Microscope), using advanced technology such as the Zeiss Xradia 620 Versa, on the hardware side, and Dragonfly and its improved version Dragonfly 3D World, on the software side. The main objective of this work will be to determine the differences that exist between these power supplies in their initial state and once the thermal runaway process has been completed. With this, different alternatives will be evaluated in order to correct the changes that generate the failure in these devices, choosing from these proposals the most feasible solution to apply in a changing market that tries to reduce costs to make the electric vehicle a more accessible option to the consumer.