Soluzioni digitali e sviluppo dei materiali per la produzione di batterie

Produzione di celle batteria presso Varta. © VARTA Microbattery GmbH

Smartphone, carrello elevatore, auto elettrica – accumulatori energetici efficaci sono essenziali per passare da fonti di energia fossile a energia pulita. L'Istituto Fraunhofer di Stoccarda per la tecnologia della produzione e l'automazione IPA ha avviato, in collaborazione con partner, un progetto volto a rendere più economica la produzione di celle batteria e a migliorarne la qualità.

L'obiettivo è una produzione completamente automatizzata che non solo rileva i difetti dei pezzi prodotti, ma individua anche le cause – e interviene immediatamente senza l'intervento umano. Ciò è possibile solo se l'intera catena di processo è digitalizzata e sensori raccolgono innumerevoli dati. In questa fabbrica del futuro, tutto viene registrato: dalle impostazioni di tutte le macchine allo spessore del rivestimento applicato, fino alla temperatura dell'ambiente e all'umidità dell'aria. Per trovare collegamenti significativi nel caos dei dati, è necessaria l'intelligenza artificiale. Essa determina quali impostazioni e parametri portano a quali risultati.

Concetti di digitalizzazione per la produzione di batterie

DigiBattPro4.0 sta per produzione digitalizzata di celle batteria con tecnologie Industria 4.0. Tuttavia, l'obiettivo del progetto non può essere raggiunto solo in laboratorio. Per ottenere risultati affidabili, è necessaria una produzione reale con grandi volumi. Questo è possibile grazie al gruppo di batterie del Baden-Württemberg Varta, che produce quotidianamente decine di migliaia di batterie. Qui, gli esperti Fraunhofer collegheranno inizialmente tutte le macchine e creeranno un modello informatico. L'intero processo di produzione avverrà non solo in modo reale, ma anche virtuale. Il modello mostrerà come le variabili di processo influenzano le caratteristiche del prodotto, individuando quindi possibili miglioramenti – la fase preliminare alla produzione autogestita.

Il processo di produzione si adatta autonomamente

Ciò che funziona nella linea di produzione esistente sarà successivamente applicato alle batterie agli ioni di litio, come quelle utilizzate ad esempio nelle auto elettriche. Le celle standard sono di forma cilindrica e misurano 70 millimetri in altezza e 21 millimetri di diametro. Gli esperti parlano del formato 21700. Alla fine del progetto, si prevede di creare le condizioni per produrre automaticamente tali celle tramite processi autogestiti e senza interruzioni, riducendo i tempi di ciclo e i rifiuti.

Sviluppo di materiali ecocompatibili e ad alte prestazioni

Le celle saranno migliorate anche grazie a nuovi materiali più performanti e a un processo di produzione più rispettoso dell'ambiente: un materiale catodico acquoso sostituirà il solvente nocivo per l'ambiente, inoltre un contenuto arricchito di nichel aumenterà la densità energetica.

Garantire sovranità tecnologica e mantenere la competitività

La connessione tra digitalizzazione e sviluppo dei materiali, a cui partecipano oltre all'Istituto Fraunhofer e Varta anche il Centro per l'energia solare e la ricerca sull'idrogeno del Baden-Württemberg ZSW, assicura risultati rapidi. Il progetto è iniziato il 1° marzo e durerà quattro anni. «A lungo termine, le soluzioni di digitalizzazione sviluppate favoriranno la redditività della produzione di celle batteria e garantiranno il sito di produzione in Germania», è convinto il direttore dell'IPA, Professor Alexander Sauer.

Profilo del progetto

Nome del progetto: DigibattPro4.0 – Produzione digitalizzata di celle batteria 4.0
Programma: Dal materiale all'innovazione
Responsabile del progetto: Jülich (PtJ)
Durata del progetto: 1.3.2021 - 28.2.2025
Finanziatore: Ministero federale dell'istruzione e della ricerca BMBF
Importo del finanziamento: 30 milioni di euro
Codice di finanziamento: 03XP0374C
Partner: Fraunhofer IPA, VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA, VARTA Microbattery GmbH, Centro per l'energia solare e la ricerca sull'idrogeno del Baden-Württemberg (ZSW) Ulm