Planningsexpertise voor de batterijcelfabriek van de toekomst

Op 30 april werd in Münster het eerste gebouw van de Fraunhofer-instelling Forschungsfertigung Batteriezelle FFB geopend. © Netzwerk

V. l. n. r.: Prof. Dr. Achim Kampker en Prof. Dr. Jens Tübke, leiding van het instituut van de Fraunhofer FFB, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, voorzitter van de Fraunhofer-Gesellschaft, Hendrik Wüst, minister-president van de deelstaat Noordrijn-Westfalen, Bettina Stark-Watzinger, federale minister van Onderwijs en Onderzoek, Ina Brandes, minister van Cultuur en Wetenschap van de deelstaat Noordrijn-Westfalen, Silke Krebs, staatssecretaris van het ministerie van Economie, Industrie, Klimaatbescherming en Energie van de deelstaat Noordrijn-Westfalen, Prof. Dr. Simon Lux, leiding van het instituut van de Fraunhofer FFB. © Susanne Kurz/Fraunhofer-instelling Onderzoek naar Batterijcelproductie FFB

V. l. n. r.: Prof. Dr. Simon Lux, Institutsleiter des 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

Infrastructuur van de Fraunhofer FFB – Laboratoria en bouwfasen

Op 30 april werd in Münster het eerste gebouw van de Fraunhofer-instelling Forschungsfertigung Batteriezelle FFB geopend. In de nieuwe onderzoeksfabriek moet de productie van batterijcellen op industriële schaal worden getest en geoptimaliseerd. Aan de planning en realisatie zijn onderzoekers van het Fraunhofer IPA aanzienlijk betrokken.

»Het produceren van batterijcellen op industriële schaal is op zich al een grote uitdaging: de installaties zijn zeer complex en stellen hoge eisen aan de productomgeving, zoals bijvoorbeeld aan zuiverheid en droogte«, legt Marc-André Berchtold uit. De ingenieur van het IPA leidt de fabriekplanning in het project »Forschungsfertigung Batteriezelle Deutschland«, kortweg FoFeBat. »In de onderzoeksfabriek, waarvan de eerste bouwfase, de »FFB PreFab«, nu is geopend, moet echter niet alleen worden geproduceerd, maar ook worden gewerkt aan nieuwe celformaten, processen en technologieën.«

Om dit ook op lange termijn mogelijk te maken, zijn in het project veranderbare fabriek- en productieprocessen ontworpen. »De techniek ontwikkelt zich voortdurend door. Binnen enkele jaren zullen nieuwe installaties en nieuwe batterijcelformaten op de markt komen. De onderzoeksfabriek moet daarom zo worden ingericht dat ze aan deze ontwikkelingen kan worden aangepast«, aldus Berchtold.

Het geheim van wendbaarheid

Maar hoe ontwerp je een wendbare batterijcel-fabriek? »De basisvoorwaarde is een gedetailleerde analyse van de processtappen en -vereisten«, antwoordt de IPA-expert: »Starre productielijnen in niet-aanpasbare cleanrooms en droogkamers, zoals die momenteel technisch gangbaar zijn, zijn hiervoor ongeschikt.«

De oplossing is een modulaire opbouw van de productiestructuren: omdat elke productiestap een heel specifieke omgeving vereist, moeten de ruimtes waarin de productiemiddelen zich bevinden, dienovereenkomstig worden uitgerust. Tegelijkertijd moet worden gegarandeerd dat de ruimtes correct worden gedimensioneerd en kunnen worden omgevormd voor langdurig gebruik. Daarnaast moeten aansluitingen – bijvoorbeeld voor water, perslucht of elektriciteit – zodanig worden gepland dat ook nieuwe productietechnologieën naadloos in de bedrijfsvoering kunnen worden geïntegreerd. Dit modulaire principe is al gerealiseerd in de FFB PreFab.

De sleutel tot succes: praktische ervaring en digitalisering

Naast de fabriekplanning ondersteunen teams van het IPA ook bij de opbouw van de onderzoeksfabriek Batteriezelle bij de keuze van de productiemiddelen: Om aan de specifieke eisen van een onderzoeksfabriek te voldoen, zijn gesprekken gevoerd met fabrikanten uit Europa, Azië en Amerika. Een focus lag op de specificaties van de mechanische en elektrische interfaces tussen de installaties. De ingenieurs van het IPA begeleiden het aanbestedings- en toewijzingsproces.

Ook bij de selectie van digitale tools en een IT-infrastructuur die speciaal geschikt zijn voor de onderzoeksfabriek, zijn onderzoekers van het IPA betrokken. Digitale netwerking is cruciaal voor het succes van de batterijfabriek: Alleen met data die centraal worden verzameld en geanalyseerd, kunnen onderzoekers en fabrikanten de processen optimaliseren, mogelijke fouten opsporen en de kwaliteit verbeteren.

De knowhow die de experts in Stuttgart hebben opgedaan bij de planning en realisatie van de onderzoeksfabriek, moet in de toekomst gebruikers ten goede komen die nieuwe batterijfabrieken plannen, bestaande willen optimaliseren of digitaliseren.

Over het project

– Open batterijcel-fabriek voor onderzoeks- en ontwikkelingsdoeleinden
– In het kader van het project »FoFeBat« financieren het Bundesministerium für Bildung und Forschung en de deelstaat Noordrijn-Westfalen de opbouw van de Fraunhofer FFB met in totaal ongeveer 820 miljoen euro. Daarbij subsidieert de federale overheid de Fraunhofer FFB met tot 500 miljoen euro voor onderzoeksinstallaties en projecten, de deelstaat Noordrijn-Westfalen investeert ongeveer 320 miljoen euro in grondstukken en nieuwbouw.
– Meer dan 170 batterijexperts (inclusief partners)
– Productiecapaciteit: theoretisch tot 7 GWh/jaar (elektroden)