Användare över hela marknadssegmentet efterfrågar batterier som är mindre, lättare och snabbare att ladda. Det finns också krav på att batterierna ska vara säkra samtidigt som de får en allt högre energitäthet. Dessa funktioner kan ofta stå i konflikt med varandra så det kan vara en tuff utmaning i att hitta en balans och samtidigt förbli kostnadsmässigt konkurrenskraftig.

När man överväger material och konstruktion av ett batteri är det avgörande att utvärdera tryckdynamiken för att bibehålla materialavstånd, kontrollera gasning och förhindra överdriven svällning.

Även mellan relativt plana ytor finner man ofta att tryckfördelningen inte är enhetlig med topptrycket inom uppmätta lokaliserade områden. Teknologin för yttrycksfördelning hjälper designingenjörer att få insikt i vilka områden som kan påverka design och kvalitet.

Ett system för yttrycksfördelning kräver 3 komponenter – sensorer, skanningselektronik och mjukvara – för att kunna leverera realtidsdata som kan användas på sätt som andra metoder inte klarar av.
– Sensorer omvandlar tryckbelastningar till förändringar i resistansen.
– Skanningselektroniken samlar in analog mätdata från sensorerna och omvandlar mätdatan till digitala signaler.
– Mjukvaran visar sensorområdets digitala signaler i realtid, så att användaren kan se kraft, tryck, kontaktyta och tidsdata.

Många tillverkare gör betydande ansträngningar för att upprätthålla konstant stapelkonstruktion under själva tillverkningsprocessen men flertalet validerar inte stapeltrycket som en del av deras kvalitetsprocedur. Dessutom är det många som inte kvantifierar de interna påfrestningarna på batteristacken eftersom batteriet laddas upp och laddas ur.

I en studie från Princeton universitetet 2013 fann forskare att höga stacktryck hade ”en stark effekt på cellprestanda på lång sikt med högre stressnivåer som leder till högre kapacitetsförsämring.” Betydande inre tryck visade sig orsaka plastisk deformation, delaminering och inre impedansökningar när anoden och katoden separerades. Medan lägre stapeltryck gav bättre långsiktig prestanda kunde delaminering fortfarande inträffa om trycket blev för lågt.

Utmaningen blir då att hitta rätt ”träffbild” för trycket i kapslingen. En lastcellsfixtur kan karakterisera medeltrycket vid monteringen av batterienheten som visas i diagrammet till höger. Även om denna studie var framgångsrik när det gäller att mäta medeltryck i återkommande testningar så ger tekniken med yttrycksfördelning ingenjörer en bättre möjlighet att få större insikt i applikationen och identifiera specifika tryckområden.

Slutsatserna blir bland annat att teknologin för yttrycksfördelning blir en viktig metod för att hjälpa ingenjörer att identifiera områden med lokalt tryck vid praktiskt taget vilken position som helst i en prismatisk battericell. Detta leder till bättre designbeslut, mer hållbar teknik och en tydlig fördel gentemot konkurrenterna.

Med yttrycksfördelning får forskare och ingenjörer ett värdefullt utvärderingsverktyg för batteridesign som ger viktiga insikter om effekterna av olika användningsparametrar. Dessa studier har hjälpt designers att hitta rätt material och konstruktion för deras behov vilket lett till bättre design med repeterbara resultat.