Développement ultérieur de la fabrication des électrodes

La feuille de cuivre est continuellement recouverte de la boue à l'aide d'une tête d'écoulement. © Studio Wiegel / La feuille de cuivre est continuellement recouverte de la boue à l'aide d'une tête d'écoulement. © Studio Wiegel

Le film enduit est soumis à un contrôle qualité précis et enroulé. © Studio Wiegel

La fabrication de recherche de cellules de batteries teste dans l'« AlexProWerk » les étapes du processus de production de cellules de batteries. © Ateliers Alexianer / The Research Fab Battery Cells teste les étapes du processus de production de cellules de batteries dans le « AlexProWerk ». © Ateliers Alexianer

La Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) a commencé ses activités de recherche à Münster. Les employés de la Fraunhofer-Gesellschaft ainsi que du centre de recherche sur les batteries MEET de l'Université de Westphalie (WWU) Münster ont mis en service dans le « FFB Workspace » une installation de mélange et de revêtement pour tester la fabrication des électrodes. L'objectif est de faire progresser la procédé de mélange entièrement continu en ce qui concerne le matériau de l'électrode, les processus ainsi que la digitalisation. Avec l'infrastructure dans la salle blanche de l'« AlexProWerk », la fabrication de recherche de batteries peut réaliser ses premières commandes de recherche pour l'industrie.

« Notre objectif est d'optimiser la formule de l'électrode ainsi que les étapes de production du mélange et du revêtement en vue de la qualité de la cellule », explique le professeur Fritz Klocke, directeur général de la fabrication de recherche de batteries. « La méthode de production doit devenir plus fiable et efficace grâce à cela. La nouvelle infrastructure mise en place est pour nous une étape importante pour tester les étapes du processus et utiliser les connaissances acquises pour le développement ultérieur de la fabrication de recherche de batteries. »

Optimisation du procédé de mélange et de revêtement entièrement continu

Dans le cadre du procédé innovant de mélange entièrement continu pour la fabrication d'électrodes de batteries, les matériaux utilisés pour le revêtement de la cathode et de l'anode sont mélangés dans un procédé continu et transportés en permanence vers l'installation de revêtement. Les chercheurs de la fabrication de recherche de batteries étudient la fabrication de la pâte d'électrode. Ces études portent à la fois sur la composition de la pâte et sur le comportement des composants de l'installation concernés.

La digitalisation systématique de ces processus de production soutiendra les travaux de recherche. À l'aide de simulations numériques, les chercheurs identifient les relations de cause à effet des paramètres de processus pertinents en ce qui concerne la qualité de la cellule de batterie. Ils développent également des méthodes performantes pour la connexion et la mise en réseau des machines ainsi que pour la collecte et l'analyse des données. Ces connaissances seront ensuite intégrées dans la construction d'une usine numérique, qui sera le « jumeau numérique » de la fabrication de recherche de batteries.

Nouvelles chimies de cellules

Les chercheurs du centre de recherche sur les batteries MEET de l'WWU Münster travaillent dans le « FFB Workspace » sur le développement et l'optimisation des formulations de slurry pour les électrodes de cellules à haute énergie et à haute puissance. Le slurry est la pâte utilisée pour le revêtement de la feuille de cuivre de l'électrode après le procédé de mélange. De plus, l'équipe autour du professeur Dr. Martin Winter et du Dr. Falko Schappacher développe à l'avenir des formules pour de nouvelles chimies de cellules, afin de couvrir dans la fabrication de recherche de batteries un spectre aussi large que possible de chimies de cellules répondant aux exigences de différents secteurs industriels. « L'équipe MEET est spécialisée dans la technologie et la production de cellules de batteries, avec un accent particulier sur le développement de pâtes, les processus chimiques, les matériaux et leurs propriétés, ainsi que la fabrication de cellules », explique le Dr Falko Schappacher, directeur commercial et technique du centre de recherche sur les batteries MEET de l'WWU Münster. « Avec ce savoir-faire, nous posons une étape importante pour le travail dans le FFB Workspace. »

Recherche inclusive

La fabrication de recherche de batteries exploite l'installation de mélange et de revêtement dans la salle blanche de l'« AlexProWerk » des ateliers Alexianer Münster. De plus, des employés des ateliers Alexianer doivent être formés et participer activement à la ligne de production prototype. La surveillance des processus, l'assistance en laboratoire, l'emballage et le stockage sont quelques-uns des domaines dans lesquels les employés des ateliers Alexianer peuvent intervenir. L'équipe de recherche prévoit au total six à huit postes de travail uniquement pour les ateliers. « Nous avons quasi-intégré un employeur inclusif dans notre propre établissement », explique Norbert Mussenbrock, directeur général des ateliers Alexianer. « En règle générale, nos collègues avec un handicap entrent dans les entreprises en tant qu'individus ou groupes de travail et occupent des postes de travail intégrés à l'entreprise. » Ces postes inclusifs devraient également être maintenus lors du déménagement de la recherche sur les batteries dans le nouveau bâtiment du Hansa-BusinessPark. 

Une combinaison de recherche en laboratoire et en production

Le concept de la fabrication de recherche de batteries (FFB) prévoit une combinaison de recherche en laboratoire et en production pour différentes formats de cellules de batteries — cellule ronde, cellule prismatique et cellule pouch. Les employés de la FFB étudient selon les besoins certaines étapes du processus ou l'ensemble de la chaîne de production.

L'optimisation de la production de cellules de batteries est réalisée selon plusieurs critères, notamment le matériau, l'efficacité énergétique et des ressources, ou la réduction des coûts. En collaboration avec les partenaires du projet du centre de recherche sur les batteries MEET de l'WWU Münster et du département PEM de l'Université RWTH Aachen, la société Fraunhofer crée une infrastructure permettant aux petites, moyennes et grandes entreprises, ainsi qu'aux instituts de recherche, de tester, mettre en œuvre et optimiser la production de nouvelles batteries proche de la série.

La FFB doit devenir à Münster le centre d'une production moderne et évolutive de cellules de batteries pour l'Allemagne et l'Europe. Afin que la production en Allemagne puisse à l'avenir fournir de manière plus efficace, moins coûteuse et de la plus haute qualité de nouvelles technologies de batteries, le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche ainsi que le Land de Rhénanie-du-Nord-Westphalie soutiennent la création de la fabrication de recherche de batteries avec un budget total pouvant atteindre 680 millions d'euros.