Minőségfejlesztés a jobb akkumulátorokért

Az AQua új módszereivel az elektróda bevonatának minőségét automatikusan ellenőrizni lehet. (Fotó: Irina Westermann, KIT) / With new methods from AQua, the quality of the electrode coating can be checked automatically. (Photo: Irina Westermann, KIT)

Laborban elektrodacsúcs készítése. Félautomata gyártósorok biztosítják a rugalmas gyártást. (Fotó: Markus Breig, KIT)

Erőteljes, tartós és biztonságos: Ezekkel a tulajdonságokkal és kedvező árral hamarosan a "Made in Germany" akkumulátorok világszínvonalúvá válhatnak. Ezt többek között fejlett minőségbiztosítási és analitikai megközelítések teszik lehetővé a gyártás során, amelyeket most a Karlsruhei Műszaki Intézet (KIT) fejleszt és tesztel. A kutatás az AQua Akkumulátor Kutatóközpontban szoros együttműködésben folyik a kutatópartnerekkel, az "Akkumulátor Kutatólaboratórium" (Forschungsfabrik Batterie) keretében, amelyet a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) indított.

Magas minőség biztosítása a lehető legalacsonyabb költségek mellett – ezt célozzák a tudósok egy új kutatási platformon, amely a KIT-en indult az AQua (Analitika/Minőségbiztosítás) Akkumulátor Kompetencia Központ részeként. Ehhez először minden gyártási lépést megvizsgálnak, az alapanyagoktól a kész celláig, hogy azonosítsák a lehetséges hibaforrásokat. Ezután a hibák kezelését a folyamat során úgy kívánják optimalizálni és automatizálni, hogy végül állandóan magas minőség garantálható legyen. „A gyártás során minden lépés pontosan kell, hogy működjön. Minden összhangban van, és minden hiba hatással lehet a cellák későbbi teljesítményére,” mondja Professor Helmut Ehrenberg az KIT Alkalmazott Anyagok Intézetéből (IAM-ESS), aki koordinálja a kutatási munkákat. „Az analitika és a minőségbiztosítás képességei jelentős hatással vannak a cella minőségére, biztonságára és költségeire.” A kutatók módszereket dolgoznak ki az integrált gyártásellenőrzés segítségével, és azokat beépítik a teljes folyamatláncba.

Automatikus hibafelismerés kutatása

Az esetleges kritikus hibák korai felismerése és helyes értelmezése érdekében a kutatók az AQua projektekben többek között a Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) elvét alkalmazzák. „Célzottan és kontrolláltan vezetjük be a hibákat, hogy pontosan mérjük a zavarok és a cellákra gyakorolt hatások közötti összefüggést,” magyarázza Dr. Lea de Biasi, aki a projekt egyik kutatója. „Ha meghatározunk specifikus teljesítménykritériumokat minőségcélként, akkor minden releváns folyamatlépéshez toleranciahatárokat tudunk rendelni.” Ezeket közvetlenül a gyártási folyamatban alkalmazzák. Emellett a AQua módszereket fejleszt, amelyekkel valós időben mérhetők a kritikus befolyásoló tényezők – például az elektródák bevonatának homogenitása vagy a komponensek maradék nedvességtartalma a cellaépítés kezdetén. Az automatikus hibafelismerés során a közbenső termékeket az adott folyamatlépés után közvetlenül gépi módon ellenőrzik, és a hibás darabokat kiszűrik. „Emellett visszacsatolás is lehetséges a hibák okaira,” mondja de Biasi. „Így korán kiküszöbölhetjük a gyártási zavarokat, és elkerülhetjük a selejt miatt keletkező további költségeket.”

Adatinfrastruktúra a gyors kutatási átálláshoz

A új kutatási platformot egy kísérőprojekt egészíti ki, amelyet a KIT-en Dr. Michael Selzer az Alkalmazott Anyagok – Számítási Anyagtudományi Intézetből (IAM-CMS) koordinál. Ebben többek között a platform összekapcsolása szerepel más akkumulátor kompetencia központokkal a "Forschungsfabrik Batterie" keretében, valamint együttműködések az iparral. A központi szerep azonban az adatinfrastruktúra kiépítésén van: „Az AQua projektben végzett kísérletek és nagyléptékű szimulációk során nagy mennyiségű adatot gyűjtünk, amelyeket speciális adatfeldolgozó eljárásokkal kell értékelni szabványos munkafolyamatokon keresztül,” mondja Selzer. „Az adatinfrastruktúrával fenntartható hozzáférést biztosítunk ezekhez a kutatási adatokhoz és elemzőeszközökhöz.” Ez kulcsfontosságú a minőségbiztosításban és a kutatás-átvitelben a akkumulátorgyártás terén, hangsúlyozza Professorin Britta Nestler az IAM-CMS-ből, aki a mikrostruktúraszimuláció szakértőjeként támogatja a projektet. „A célunk, hogy a AQua-ban átfogó és folyamatokat átfogó megértést alakítsunk ki arról, hogyan befolyásolja az anyagok, gyártási lépések és az elektro-kémiai sajátosságok összjátéka a szerkezeteket és tulajdonságokat az akkumulátorban.”