Desarrollo avanzado de la fabricación de electrodos

La lámina de cobre se recubre de forma continua con la pasta utilizando una boquilla de ranura. © Studio Wiegel / La lámina de cobre se recubre de forma continua con la pasta utilizando una boquilla de ranura. © Studio Wiegel

La lámina recubierta se somete a una inspección de calidad precisa y se enrolla. © Studio Wiegel

La fabricación de investigación de celdas de batería prueba en el «AlexProWerk» los pasos del proceso de producción de celdas de batería. © Talleres de Alexianer / The Research Fab Battery Cells prueba los pasos del proceso de producción de celdas de batería en el «AlexProWerk». © Talleres de Alexianer

La Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) ha comenzado sus actividades de investigación en Münster. Los empleados de la Fraunhofer-Gesellschaft y del Centro de Investigación de Baterías MEET de la Universidad de Münster (WWU) han puesto en marcha en el «FFB Workspace» un sistema de mezcla y recubrimiento para la prueba de la fabricación de electrodos. El objetivo es el desarrollo continuo del proceso de mezcla totalmente continuo en relación con el material del electrodo, los procesos y la digitalización. Con la infraestructura en la sala limpia de «AlexProWerk», la fabricación de baterías de investigación puede realizar los primeros encargos de investigación de la industria.

«Nuestro objetivo es optimizar la formulación del electrodo y los pasos de producción de la mezcla y el recubrimiento en relación con la calidad de la celda», explica el profesor Fritz Klocke, director gerente de la fabricación de baterías de investigación. «El proceso de producción debe volverse más fiable y eficiente de esta manera. La infraestructura recién construida es un paso importante para nosotros para probar los pasos del proceso y utilizar los conocimientos adquiridos para la construcción futura de la fabricación de baterías de investigación.»

Optimización del proceso de mezcla y recubrimiento totalmente continuo

En el innovador proceso de mezcla totalmente continua en la fabricación de electrodos para celdas de batería, los materiales con los que se recubren el cátodo y el ánodo se mezclan en un proceso continuo y se llevan de forma continua a la línea de recubrimiento. Los investigadores de la fabricación de baterías de investigación investigan la producción de la pasta de electrodos. Estas investigaciones se refieren tanto a la consistencia de la pasta como al comportamiento de las partes relevantes del sistema.

La digitalización coherente de estos procesos de producción apoyará los trabajos de investigación. Con la ayuda de simulaciones digitales, los investigadores identifican las relaciones causa-efecto de los parámetros de proceso relevantes en relación con la calidad de la celda de batería. Para ello, desarrollan métodos potentes para la conexión y red de máquinas, así como para la recopilación y análisis de datos. Estos conocimientos se traducen posteriormente en la creación de una fábrica digital, que surge como un «gemelo digital» de la fabricación de baterías de investigación.

Nuevas químicas de celdas

Los investigadores del Centro de Investigación de Baterías MEET de la WWU Münster trabajan en el «FFB Workspace» en el desarrollo y optimización de las llamadas formulaciones de pasta para electrodos de celdas de alta energía y alta potencia. La pasta, llamada slurry, es la que se recubre en la lámina de cobre del electrodo tras el proceso de mezcla. Además, el equipo dirigido por el profesor Dr. Martin Winter y el Dr. Falko Schappacher desarrollará en el futuro formulaciones para nuevas químicas de celdas, con el fin de cubrir en la fabricación de baterías de investigación una gama lo más amplia posible de químicas de celdas para satisfacer las diferentes necesidades de los sectores industriales. «El equipo de MEET está especializado en la tecnología y producción de celdas de batería, con un enfoque particular en el desarrollo de pastas, procesos químicos, materiales y propiedades, así como en la fabricación de celdas», dice el Dr. Falko Schappacher, director técnico-comercial del Centro de Investigación de Baterías MEET de la WWU Münster. «Con este conocimiento, estamos sentando una base importante para el trabajo en el FFB Workspace.»

Investigación inclusiva

La fabricación de baterías de investigación opera la línea de mezcla y recubrimiento en la sala limpia del «AlexProWerk» de las instalaciones de Alexianer Münster. Además, se capacitará a los empleados de las instalaciones de Alexianer y participarán activamente en la línea de producción de muestra. El control de procesos, asistencia en laboratorio, embalaje y almacenamiento son algunas de las áreas en las que pueden trabajar los empleados de las instalaciones de Alexianer. El equipo de investigación ha previsto de seis a ocho puestos de trabajo solo para las instalaciones. «Hemos traído prácticamente un empleador inclusivo a nuestra propia casa», explica Norbert Mussenbrock, director de las instalaciones de Alexianer. «Por lo general, nuestros colegas con discapacidad ingresan a las empresas como individuos o en grupos de trabajo y ocupan puestos de trabajo integrados en la empresa.» Los puestos de trabajo inclusivos también se mantendrán con el traslado de la investigación de baterías al nuevo edificio en el Hansa-BusinessPark.

Combinación de investigación en laboratorio y producción

El concepto de la fabricación de baterías de investigación (FFB) contempla una combinación de investigación en laboratorio y en producción para diferentes formatos de celdas de batería: celdas redondas, prismáticas y pouch. Los empleados de la FFB investigan, según sea necesario, pasos individuales del proceso o toda la cadena de producción.

La optimización de la producción de celdas de batería se realiza en base a diversos criterios, entre ellos el material, la eficiencia energética y de recursos, o la reducción de costes. Junto con los socios del proyecto del Centro de Investigación de Baterías MEET de la WWU Münster y del Catedrático PEM de la RWTH Aachen, la Fraunhofer-Gesellschaft crea una infraestructura que permite a pequeñas, medianas y grandes empresas, así como a instituciones de investigación, probar, implementar y optimizar la producción en serie de nuevas baterías.

Se espera que la FFB se convierta en el centro de una producción moderna y escalable de celdas de batería en Münster, para Alemania y Europa. Para que la producción en Alemania pueda suministrar en el futuro nuevas tecnologías de baterías de manera más eficiente, económica y en la más alta calidad, el Ministerio Federal de Educación e Investigación y el Estado de Renania del Norte-Westfalia financian la construcción de la fabricación de baterías de investigación con hasta un total de 680 millones de euros.