Tervezési szakértelem a jövő akkumulátorgyárához

2023. április 30-án Münsterben megnyílt a Fraunhofer Kutatógyártási Akkumulátorgyár FFB első épülete. © Hálózat

V. l. n. r.: Prof. Dr. Achim Kampker és Prof. Dr. Jens Tübke, a Fraunhofer FFB intézetvezetői, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, a Fraunhofer-Gesellschaft elnöke, Hendrik Wüst, Észak-Rajna-Vesztfália tartomány miniszterelnöke, Bettina Stark-Watzinger, szövetségi oktatási és kutatási miniszter, Ina Brandes, Észak-Rajna-Vesztfália tartomány kulturális és tudományügyi minisztere, Silke Krebs, az Észak-Rajna-Vesztfália tartomány gazdasági, ipari, klímavédelmi és energiaügyi minisztériumának államtitkára, Prof. Dr. Simon Lux, a Fraunhofer FFB intézetvezetője. © Susanne Kurz/Fraunhofer Kutatóegység az Akkumulátorcellák Gyártására FFB

V. l. n. r.: Prof. Dr. Simon Lux, Institutsleitung der Fraunhofer FFB, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, Hendrik Wüst, Ministerpräsident des Landes Nordrhein-Westfalen, Ina Brandes, Ministerin für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen, Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für Bildung und Forschung, Silke Krebs, Staatssekretärin im Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen. © Susanne Kurz/Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Infrastruktúra a Fraunhofer FFB – Laborok és építési szakaszok

Április 30-án Münsterben megnyílt a Fraunhofer Batteriezelle FFB kutatási gyárának első épülete. Az új kutatóüzemben a akkumulátorcella gyártást ipari méretben próbálják ki és optimalizálni. A tervezésben és megvalósításban a Fraunhofer IPA kutatói jelentős szerepet játszanak.

»Az ipari méretű akkumulátorcella gyártás már önmagában is nagy kihívás: a berendezések nagyon összetettek, és magas követelményeket támasztanak a gyártási környezettel szemben, például a tisztaság és szárazság tekintetében«, magyarázza Marc-André Berchtold. Az IPA mérnöke vezeti a gyártervezést a „Forschungsfertigung Batteriezelle Deutschland” projektben, röviden FoFeBat. »A kutatógyárban, amelynek első építési szakasza, a „FFB PreFab”, most nyílt meg, nemcsak a gyártás folyik majd, hanem új cellaformátumokon, folyamatokon és technológiákon is dolgoznak.«

Az hosszú távú fenntarthatóság érdekében a projektben változtatható gyártási és termelési struktúrákat terveztek. »A technológia folyamatosan fejlődik. Néhány éven belül új berendezések és új akkumulátorcella formátumok jelennek meg a piacon. A kutatógyárnak ezért úgy kell kialakítva lennie, hogy alkalmazkodni tudjon ezekhez a fejlesztésekhez«, mondja Berchtold.

A változtathatóság titka

De hogyan tervezünk egy változtatható képességű akkumulátorcella gyárat? »Az alapfeltétel egy részletes elemzés a folyamatlépésekről és azok követelményeiről«, válaszolja az IPA szakértő: »A merev gyártósorok, amelyek nem alkalmazkodnak a tiszta és száraz környezethez, mint ahogy az jelenleg a technológia állása szerint is van, nem alkalmasak erre.«

A megoldás egy moduláris felépítésű gyártási struktúra: Mivel minden gyártási lépéshez egy speciális környezet szükséges, a gyártóhelyiségeknek ennek megfelelően kell felszereltek lenniük. Ugyanakkor biztosítani kell, hogy a helyiségek megfelelő méretűek legyenek, és átépíthetőek legyenek a hosszú távú használat érdekében. Továbbá fontos, hogy a csatlakozások – például víz, sűrített levegő vagy elektromos hálózat – úgy legyenek tervezve, hogy az új gyártási technológiák zökkenőmentesen integrálhatók legyenek. Ezt a moduláris elvet már megvalósították a FFB PreFab-ben.

A siker kulcsa: gyakorlati tapasztalat és digitalizáció

Az IPA csapatai a gyártervezés mellett támogatják a kutatási gyártás akkumulátorcella kialakítását is a gyártóberendezések kiválasztásában: Annak érdekében, hogy a kutatógyár specifikus követelményeit megvalósítsák, beszélgetéseket folytattak európai, ázsiai és amerikai gyártókkal. Kiemelt szerepet kapott a berendezések mechanikus és elektromos interfészeinek specifikációja. Az IPA mérnökei kísérik a kiírási és szerződéskötési folyamatokat.

Az IPA kutatói részt vesznek a kutatási gyártáshoz különösen alkalmas digitális eszközök és IT-infrastruktúra kiválasztásában is. A digitális hálózat kiépítése kulcsfontosságú a gyár sikeréhez: Csak az adatok központi gyűjtésével és elemzésével lehet optimalizálni a folyamatokat, feltárni a hibaforrásokat és javítani a minőséget.

A Stuttgartban szerzett szakértelem, amelyet a kutatógyár tervezése és megvalósítása során szereztek, a jövőben azoknak lesz hasznos, akik új akkumulátorcella gyárakat terveznek, meglévőket optimalizálnak vagy digitalizálnak.

A projektről

– Nyitott akkumulátorcella gyár kutatási és fejlesztési célokra
– A „FoFeBat” projekt keretében a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium és Észak-Rajna-Vesztfália tartomány támogatja a Fraunhofer FFB felépítését összesen mintegy 820 millió euróval. Ebben a támogatásban a szövetségi kormány legfeljebb 500 millió eurót nyújt kutatóberendezésekre és projektekre, Észak-Rajna-Vesztfália pedig körülbelül 320 millió eurót beruház az ingatlanokba és az új épületekbe.
– Több mint 170 akkumulátor szakértő (beleértve a partnereket)
– Gyártási kapacitás: elméletileg akár 7 GWh/év (elektroda)