Az elektródagyártás továbbfejlesztése

A rézfóliát folyamatosan vonják be a sárgával egy csíkszóróval. © Studio Wiegel / A rézfóliát folyamatosan vonják be a sárgával egy csíkszóróval. © Studio Wiegel

A bevont fóliát alapos minőségellenőrzésnek vetik alá, majd feltekerik. © Studio Wiegel / A bevont film pontos minőségellenőrzésen esik át, majd feltekerik. © Studio Wiegel

A Kutatási Gyártású Akkumulátorcellák az „AlexProWerk”-ben tesztelik az akkumulátorcellagyártás folyamatlépéseit. © Alexianer Werkstätten / The Research Fab Battery Cells teszteli az akkumulátorcellagyártás lépéseit az „AlexProWerk”-ben. © Alexianer Werkstätten

A Fraunhofer Kutatóbázisú Akkumulátor Gyártóüzem (FFB) kutatási tevékenységeit Münsterben kezdte meg. A Fraunhofer Társaság és a Westfáliai Wilhelms-Universität (WWU) MEET Akkumulátor-kutatóközpont munkatársai a „FFB Workspace“-ben egy keverő- és bevonóberendezést üzembe helyeztek az elektróda gyártásának kipróbálására. Céljuk a teljesen folytonos keverési eljárás fejlesztése az elektródamateriál, a folyamatok és a digitalizáció szempontjából. Az „AlexProWerk“ tisztatéri infrastruktúrájával a kutatóbázis első ipari kutatási megbízásokat hajthat végre.

„Célunk az elektróda receptúrájának és a keverési, bevonási lépések optimalizálása a cella minősége szempontjából“, magyarázza Fritz Klocke professzor, a kutatóbázis igazgatója. „A gyártási folyamatot így megbízhatóbbá és hatékonyabbá kívánjuk tenni. Az új infrastruktúra számunkra fontos lépés a folyamatlépések kipróbálásában, és az így szerzett tapasztalatokat a kutatóbázis további fejlesztéséhez kívánjuk felhasználni.“

Az összhangban lévő folyamatok optimalizálása

A teljesen folytonos keverési eljárás az akkumulátor cellák elektródáinak gyártásában során az anyagokat, amelyekkel a katód és az anód bevonásra kerül, egy folyamatos eljárásban keverik, majd folyamatosan juttatják a bevonóberendezéshez. A kutatók a kutatóbázisban az elektróda paszta gyártását vizsgálják. Ezek a vizsgálatok kiterjednek a paszta összetételére, valamint a releváns berendezésrészek viselkedésére.

A gyártási folyamatok digitalizálásának következetessége támogatni fogja a kutatásokat. Digitális szimulációk segítségével a kutatók azonosítják a releváns folyamatparaméterek ok-okozati összefüggéseit a cella minőségével kapcsolatban. Ehhez hatékony módszereket fejlesztenek a gépek összekapcsolására és hálózatba kapcsolására, valamint az adatok gyűjtésére és elemzésére. Ezek az eredmények később a digitális gyár kialakításába kerülnek, amely a kutatóbázis „digitális ikertestvérévé“ válik.

Új cella-kémia

A WWU Münster MEET Akkumulátor-kutatóközpont kutatói a „FFB Workspace“-ben dolgoznak a magas energiasűrűségű és nagy teljesítményű cellák elektróda szuszpenziók receptúráinak fejlesztésén és optimalizálásán. A szuszpenzió az a paszta, amellyel az elektróda réz fóliáját a keverési eljárás után bevonják. Emellett a csapat, Martin Winter professzor és Falko Schappacher doktor vezetésével, a jövőben új cella-kémiai receptúrákat fejleszt, hogy a kutatóbázisban lehető legszélesebb körű cella-kémiai spektrumot fedjenek le a különböző ipari területek igényeihez. „A MEET-csapat a cella-technológiára és -gyártásra specializálódott, különösen a paszta fejlesztésére, kémiai folyamatokra, anyagokra és tulajdonságokra, valamint a cellagyártásra“, mondja Falko Schappacher, a WWU Münster MEET Akkumulátor-kutatóközpont műszaki igazgatója. „Ezzel a szaktudással fontos alapokat fektetünk le a FFB Workspace-ban végzett munkához.“

Kutatás inkluzív módon

A kutatóbázis az akkumulátor cella gyártóüzemében a keverő- és bevonóberendezést üzemelteti a „AlexProWerk“ tisztatéri környezetében Münsterben. Az Alexianer Werkstätten munkatársait továbbképezik, és aktívan részt vesznek a mintagyártási vonalon. A folyamatirányítás, laborsegédség, csomagolás és raktározás néhány olyan terület, ahol az Alexianer Werkstätten munkatársai dolgozhatnak. A kutatócsapat összesen hat-nyolc munkahelyet tervez a műhelyek számára. „Szinte egy inkluzív munkaadót hoztunk be a saját házunkba“, magyarázza Norbert Mussenbrock, az Alexianer Werkstätten ügyvezető igazgatója. „Általában munkatársaink fogyatékkal egyedül vagy csoportosan lépnek be a vállalatokhoz, és helyben integrált külső munkahelyeket töltenek be.“ Az inkluzív munkahelyek a batteriagyártás új épületbe költözésével is megmaradnak.“

Kombináció labor- és gyártáskutatás között

A kutatóbázis (FFB) koncepciója egyesíti a laboratóriumi és gyártási kutatásokat különböző akkumulátor cellaformátumokra – kerek, prizmás és tasakcellákra. A FFB munkatársai a szükségletek szerint vizsgálják az egyes folyamatlépéseket vagy az egész gyártási láncot.

A cellagyártás optimalizálása különböző szempontok szerint történik, többek között az anyag, az energia- és erőforrás-hatékonyság, valamint a költségcsökkentés érdekében. A WWU Münster MEET Akkumulátor-kutatóközpont és a RWTH Aachen PEM tanszékének projektpartnerei közösen olyan infrastruktúrát hoznak létre, amely lehetővé teszi kis-, közepes és nagyvállalatok, valamint kutatóintézetek számára, hogy a sorozatgyártás közeli akkumulátorokat kipróbálják, bevezessék és optimalizálják.

A FFB célja, hogy Münsterben a modern és skálázható akkumulátor cella gyártás központjává váljon Németországban és Európában. Annak érdekében, hogy a gyártás Németországban a jövőben hatékonyabban, olcsóbban és a legmagasabb minőségben tudja biztosítani az új akkumulátor-technológiákat, a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium és Észak-Rajna-Vesztfália tartomány összesen akár 680 millió euró támogatást nyújt a kutatóbázis fejlesztéséhez.