Sviluppo avanzato della produzione di elettrodi

La pellicola di rame viene rivestita continuamente con la sospensione utilizzando un ugello a fessura. © Studio Wiegel / La pellicola di rame viene rivestita continuamente con la sospensione utilizzando un ugello a fessura. © Studio Wiegel

La pellicola rivestita viene sottoposta a un'ispezione di qualità accurata e avvolta. © Studio Wiegel / The coated film is subjected to a precise quality inspection and wound. © Studio Wiegel

La produzione di ricerca delle celle batteria sperimenta nel «AlexProWerk» le fasi del processo di produzione delle celle batteria. © Alexianer Werkstätten / The Research Fab Battery Cells testa le fasi del processo di produzione delle celle batteria nel «AlexProWerk». © Alexianer Werkstätten

La Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) ha iniziato le sue attività di ricerca a Münster. I dipendenti della Gesellschaft Fraunhofer e del MEET Batterieforschungszentrum dell'Università di Westfalia Wilhelms (WWU) Münster hanno messo in funzione nel »FFB Workspace« un impianto misto e di rivestimento per la sperimentazione della produzione di elettrodi. L'obiettivo è lo sviluppo ulteriore del metodo di miscelazione completamente continuo in relazione al materiale dell'elettrodo, ai processi e alla digitalizzazione. Con l'infrastruttura nel camera bianca del »AlexProWerk«, la Forschungsfertigung Batteriezelle può eseguire i primi ordini di ricerca dell'industria.

«Il nostro obiettivo è ottimizzare la ricetta dell'elettrodo e i passaggi di produzione della miscelazione e del rivestimento in vista della qualità della cella», spiega il professor Fritz Klocke, direttore generale della Forschungsfertigung Batteriezelle. «Il processo di produzione dovrebbe diventare più affidabile ed efficiente in questo modo. La nuova infrastruttura rappresenta per noi un passo importante per sperimentare i passaggi di processo e utilizzare le conoscenze acquisite per la futura costruzione della Forschungsfertigung Batteriezelle.»

Ottimizzazione del metodo di miscelazione e rivestimento completamente continuo

Nel metodo innovativo di miscelazione completamente continua nella produzione di elettrodi per celle batteria, i materiali con cui vengono rivestite la polarità positiva e negativa vengono miscelati in un processo continuo e portati costantemente alla macchina di rivestimento. I ricercatori della Forschungsfertigung Batteriezelle studiano la produzione della pasta per elettrodi. Queste indagini riguardano sia la consistenza della pasta che il comportamento delle parti rilevanti dell'impianto.

La digitalizzazione coerente di questi processi di produzione supporterà i lavori di ricerca. Con l'aiuto di simulazioni digitali, i ricercatori identificano le cause e gli effetti delle variabili di processo rilevanti in relazione alla qualità della cella batteria. A tal fine, sviluppano metodi potenti per l'integrazione e la rete delle macchine, nonché per la raccolta e l'analisi dei dati. Queste conoscenze saranno successivamente trasferite alla creazione di una fabbrica digitale, che nascerà come »gemello digitale« della Forschungsfertigung Batteriezelle.

Nuove chimie delle celle

I ricercatori del MEET Batterieforschungszentrum dell'WWU Münster lavorano nel »FFB Workspace« allo sviluppo e all'ottimizzazione delle cosiddette ricette di slurry per gli elettrodi di celle ad alta energia e ad alta potenza. La slurry è la pasta con cui viene rivestita la lamina di rame dell'elettrodo dopo il processo di miscelazione. Inoltre, il team guidato dal professor Dr. Martin Winter e dal Dr. Falko Schappacher svilupperà in futuro ricette per nuove chimie delle celle, al fine di coprire nel laboratorio di produzione di celle batteria una gamma il più ampia possibile di chimie per le esigenze di diversi settori industriali. «Il team MEET è specializzato nella tecnologia e produzione di celle batteria, con un focus particolare sullo sviluppo delle paste, sui processi chimici, sui materiali e sulle proprietà, nonché sulla produzione delle celle», afferma il Dr. Falko Schappacher, direttore tecnico-commerciale del MEET Batterieforschungszentrum dell'WWU Münster. «Con questa competenza, poniamo una pietra miliare importante per il lavoro nel FFB Workspace.»

Ricerca inclusiva

La Forschungsfertigung Batteriezelle gestisce l'impianto di miscelazione e rivestimento nel camera bianca del »AlexProWerk« delle Officine Alexianer di Münster. Inoltre, i dipendenti delle Officine Alexianer saranno formati e parteciperanno attivamente alla linea di produzione campione. Il controllo dei processi, l'assistenza di laboratorio, l'imballaggio e il magazzino sono alcuni dei settori in cui i dipendenti delle Officine Alexianer possono operare. Il team di ricerca ha previsto in totale da sei a otto posti di lavoro solo per le officine. «Abbiamo portato in casa nostra un datore di lavoro inclusivo», spiega Norbert Mussenbrock, amministratore delle Officine Alexianer. «In genere, i nostri colleghi con disabilità entrano nelle aziende come singoli o gruppi di lavoro e occupano posti di lavoro aziendali integrati.» I posti di lavoro inclusivi dovrebbero rimanere anche con il trasferimento della ricerca sulle batterie nel nuovo edificio nel Hansa-BusinessPark.

Combinazione di ricerca di laboratorio e di produzione

Il concetto della Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) prevede una combinazione di ricerca di laboratorio e di produzione per diversi formati di celle batteria — celle cilindriche, celle prismatiche e celle pouch. I dipendenti della FFB studiano, a seconda delle necessità, singoli passaggi di processo o l'intera catena di produzione.

L'ottimizzazione della produzione di celle batteria avviene secondo vari criteri, tra cui il materiale, l'efficienza energetica e delle risorse o la riduzione dei costi. In collaborazione con i partner del progetto del MEET Batterieforschungszentrum dell'WWU Münster e del Lehrstuhl PEM dell'RWTH Aachen, la Gesellschaft Fraunhofer crea un'infrastruttura che permette alle piccole, medie e grandi imprese, ma anche agli istituti di ricerca, di sperimentare, implementare e ottimizzare la produzione di nuove batterie in modo vicino alla produzione di serie.

La FFB mira a diventare il centro di una produzione moderna e scalabile di celle batteria a Münster, per la Germania e l'Europa. Per rendere la produzione in Germania più efficiente, economica e di alta qualità per le nuove tecnologie di batterie, il Ministero federale dell'istruzione e della ricerca e lo Stato del Nordrhein-Westfalen finanziano lo sviluppo della Forschungsfertigung Batteriezelle con un investimento complessivo fino a 680 milioni di euro.