Řešení digitalizace a vývoj materiálů pro výrobu baterií

Výroba bateriových buněk u Varta. © VARTA Microbattery GmbH

Smartphone, vysokozdvižný vozík, elektromobil – efektivní energetické úložiště jsou nezbytná k přechodu od fosilních paliv na čistou elektřinu. Stuttgartský Fraunhoferův institut pro výrobní techniku a automatizaci IPA nyní ve spolupráci s partnery zahájil projekt, jehož cílem je snížit náklady na výrobu bateriových článků a zlepšit jejich kvalitu.

Cílem je plně automatická výroba, která nejenže odhalí vadné kusy, ale také zjistí jejich příčinu – a bez zásahu člověka okamžitě přijme opatření. To je možné pouze tehdy, pokud je celý procesní řetězec digitalizován a senzory sbírají nesčetná data. V této budoucí továrně je zaznamenáno vše: od nastavení všech strojů přes tloušťku nanesené vrstvy až po teplotu v místnosti a vlhkost vzduchu. Aby bylo možné najít smysluplné souvislosti v džungli dat, je zapotřebí umělá inteligence. Ta určuje, při jakých nastaveních a parametrech lze očekávat jaký výsledek.

Koncepty digitalizace pro výrobu baterií

DigiBattPro4.0 znamená digitalizovanou výrobu bateriových článků s využitím technologií Industry 4.0. Cíl projektu nelze samozřejmě dosáhnout pouze v laboratoři. Pro spolehlivé výsledky je třeba reálná výroba s vysokými objemy. To umožňuje bavorská společnost Varta, která denně vyrábí desetitisíce baterií. Zde nejprve experti Fraunhofer spojí všechny stroje do sítě a vytvoří počítačový model. Celý výrobní proces pak nebude probíhat jen reálně, ale i virtuálně. Model má ukázat, jak procesní veličiny ovlivňují vlastnosti produktu, kde je možné dosáhnout zlepšení – což je předstupeň k samořídící výrobě.

Výrobní proces se sám učí přizpůsobovat

To, co se daří v existující výrobní linii, má být v dalším kroku přeneseno na lithium-iontové baterie, například ty, které jsou součástí elektromobilů. Standardní články mají válcový tvar a měří 70 milimetrů na výšku a 21 milimetrů v průměru. Experti hovoří o formátu 21700. Projekt by měl na konci své doby trvání vytvořit předpoklady pro plně automatickou výrobu takových článků pomocí samořídících a bezporuchových procesů, čímž se zkrátí doby zpracování a sníží odpad.

Vývoj ekologicky šetrných vysoce výkonných materiálů

Články by měly být díky novým materiálům výkonnější a výrobní proces šetrnější k životnímu prostředí: vodný katodový materiál nahrazuje škodlivé rozpouštědlo a zvýšený obsah niklu zvyšuje energetickou hustotu.

Zajištění technologické suverenity a zachování konkurenceschopnosti

Spojení digitalizace a vývoje materiálů, na kterém se kromě Fraunhoferova institutu a Varty podílí i Centrum pro solární energii a výzkum vodíku v Bádensku-Württembersku ZSW, zajišťuje rychlé výsledky. Projekt byl zahájen 1. března a má trvat čtyři roky. »Dlouhodobě budou vyvinutá digitalizační řešení podporovat ekonomickou efektivitu výroby bateriových článků a zajistí výrobní místo Německo,« je přesvědčen ředitel institutu IPA profesor Alexander Sauer.

Stručný přehled

Název projektu: DigibattPro4.0 – Digitalizovaná výroba bateriových článků 4.0
Program: Od materiálu k inovaci
Řídící organizace projektu: Jülich (PtJ)
Trvání projektu: od 1.3.2021 do 28.2.2025
Podporující organizace: Spolkový ministrát školství a výzkumu BMBF
Výše podpory: 30 milionů eur
Kód podpory: 03XP0374C
Partneři: Fraunhofer IPA, VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA, VARTA Microbattery GmbH, Centrum pro solární energii a výzkum vodíku v Bádensku-Württembersku (ZSW) Ulm