Soluciones digitales y desarrollo de materiales para la producción de baterías

Fabricación de celdas de batería en Varta. © VARTA Microbattery GmbH

Smartphone, Gafas, coche eléctrico – los almacenamientos de energía efectivos son imprescindibles para poder cambiar de fuentes de energía fósiles a electricidad limpia. El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción y Automatización IPA de Stuttgart ha iniciado junto con socios un proyecto que busca reducir los costos de producción de celdas de batería y mejorar su calidad.

El objetivo es una producción totalmente automática que no solo detecte piezas defectuosas, sino también la causa de ello – y que sin intervención humana actúe de inmediato para corregirlo. Esto solo es posible si toda la cadena de procesos está digitalizada y sensores recopilan una infinidad de datos. En esta fábrica del futuro, todo se registra: desde los ajustes de todas las máquinas hasta el grosor del recubrimiento aplicado, pasando por la temperatura ambiente y la humedad del aire. Para encontrar relaciones útiles en la jungla de datos, se necesita inteligencia artificial. Ella determina qué ajustes y parámetros conducen a qué resultados.

Conceptos de digitalización para la producción de baterías

DigiBattPro4.0 significa producción digitalizada de celdas de batería con tecnologías Industria 4.0. Sin embargo, el objetivo del proyecto no se puede alcanzar solo en el laboratorio. Para obtener resultados confiables, se necesita una producción real con altos volúmenes. Esto lo permite la empresa de baterías de Baden-Württemberg Varta, que produce decenas de miles de baterías diariamente. Aquí, los expertos de Fraunhofer primero conectarán todas las máquinas y crearán un modelo informático. Luego, todo el proceso de producción no solo se realizará en la realidad, sino también de forma virtual. El modelo mostrará cómo las variables del proceso influyen en las propiedades del producto, dónde se pueden lograr mejoras – la etapa previa a una fabricación autorregulada.

El proceso de fabricación se adapta de forma autodidacta

Lo que se logra en la línea de producción existente, se pretende transferir en el siguiente paso a las baterías de iones de litio, como las que se usan en los coches eléctricos. Las celdas estándar son cilíndricas y miden 70 milímetros de alto y 21 milímetros de diámetro. Los expertos llaman a esto formato 21700. Al final de su duración, el proyecto debe crear las condiciones para fabricar estas celdas de forma totalmente automática mediante procesos autorregulados y sin fallos, reduciendo así los tiempos de producción y el desperdicio.

Desarrollo de materiales ecológicos y de alto rendimiento

Las celdas también serán más eficientes gracias a nuevos materiales y el proceso de fabricación será más respetuoso con el medio ambiente: un material catódico acuoso reemplaza el solvente dañino para el medio ambiente, además, un contenido enriquecido de níquel aumenta la densidad energética.

Garantizar soberanía tecnológica y mantener la competitividad

La vinculación de la digitalización y el desarrollo de materiales, en la que participan además del Instituto Fraunhofer y Varta, el Centro de Energía Solar e Investigación de Hidrógeno de Baden-Württemberg ZSW, garantiza resultados rápidos. El proyecto comenzó el 1 de marzo y tendrá una duración de cuatro años. »A largo plazo, las soluciones de digitalización desarrolladas promoverán la rentabilidad de la producción de celdas de batería y asegurarán la ubicación de producción en Alemania«, afirma el director del instituto IPA, el profesor Alexander Sauer.

Ficha técnica

Nombre del proyecto: DigibattPro4.0 – Producción digitalizada de celdas de batería 4.0
Programa: De la materia a la innovación
Responsable del proyecto: Jülich (PtJ)
Duración del proyecto: 1.3.2021 al 28.2.2025
Financiador: Ministerio Federal de Educación e Investigación BMBF
Montante de la financiación: 30 millones de euros
Número de identificación de la ayuda: 03XP0374C
Socios: Fraunhofer IPA, VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA, VARTA Microbattery GmbH, Centro de Energía Solar e Investigación de Hidrógeno de Baden-Württemberg (ZSW) Ulm