Verdere ontwikkeling van de elektrodenfabricage

De koperen folie wordt continu gecoat met de slurry met behulp van een sleufmondstuk. © Studio Wiegel / De koperen folie wordt continu gecoat met de slurry met behulp van een sleufmondstuk. © Studio Wiegel

De gecoate folie wordt onderworpen aan een nauwkeurige kwaliteitscontrole en opgerold. © Studio Wiegel / The coated film is subjected to a precise quality inspection and wound. © Studio Wiegel

De onderzoeksproductie van batterijcellen test processtappen van batterijcelproductie in het «AlexProWerk». © Alexianer Werkplaatsen

De Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) is begonnen met haar onderzoeksactiviteiten in Münster. De medewerkers van de Fraunhofer-Gesellschaft en het MEET Batterieforschungszentrum van de Westfälische Wilhelms-Universität (WWU) Münster hebben in de »FFB Workspace« een meng- en coatinginstallatie in gebruik genomen voor het testen van de elektrodenfabricage. Het doel is de verdere ontwikkeling van het volledig continue mengproces met betrekking tot het elektrodemateriaal, de processen en de digitalisering. Met de infrastructuur in de cleanroom van het »AlexProWerk« kan de onderzoeksfabriek voor batterijcellen eerste onderzoeksopdrachten van de industrie uitvoeren.

»Ons doel is het optimaliseren van het elektrodrecept en de productieprocessen van het mengen en coaten in het kader van de celkwaliteit«, legt professor Fritz Klocke uit, algemeen directeur van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen. »De productiemethode moet op deze wijze betrouwbaarder en efficiënter worden. De nieuw opgezette infrastructuur is voor ons een belangrijke stap om de processtappen te testen en de verkregen inzichten te gebruiken voor de verdere opbouw van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen.«

Optimalisatie van het volledig continue meng- en coatingproces

Bij de innovatieve methode van volledig continu mengen in de elektrodenfabricage voor batterijcellen worden de materialen waarmee kathode en anode worden gecoat, in een doorlopend proces gemengd en voortdurend naar de coatinginstallatie gebracht. De onderzoekers van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen bestuderen daarbij de productie van de elektrodenpasta. Deze onderzoeken betreffen zowel de samenstelling van de pasta als het gedrag van de relevante machineonderdelen.

De consequente digitalisering van deze productieprocessen zal het onderzoek ondersteunen. Met behulp van digitale simulaties identificeren de onderzoekers oorzaak-gevolgrelaties van relevante procesparameters met betrekking tot de kwaliteit van de batterijcel. Daartoe ontwikkelen ze krachtige methoden voor machinekoppeling en -netwerking, evenals voor gegevensverzameling en -analyse. Deze inzichten worden verder geïntegreerd in de opbouw van een digitale fabriek, die ontstaat als een »digitale tweeling« van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen.

Nieuwe celchemieën

De onderzoekers van het MEET Batterieforschungszentrum van de WWU Münster werken in de »FFB Workspace« aan de ontwikkeling en optimalisatie van de zogenaamde slurry-recepturen voor elektroden van high-energy- en high-power-cellen. Bij slurry gaat het om de pasta waarmee de koperen folie van de elektrode na het mengproces wordt gecoat. Daarnaast ontwikkelt het team rond professor Dr. Martin Winter en Dr. Falko Schappacher in de toekomst recepten voor nieuwe celchemieën, om in de onderzoeksfabriek voor batterijcellen een zo breed mogelijk spectrum aan celchemieën te kunnen behandelen voor de eisen van verschillende industriële sectoren. »Het MEET-team is gespecialiseerd in batterijceltechnologie en -productie, met een bijzondere focus op de ontwikkeling van pasta, chemische processen, materialen en eigenschappen, evenals de celproductie«, zegt Dr. Falko Schappacher, commercieel-technisch directeur van het MEET Batterieforschungszentrum van de WWU Münster. »Met deze expertise leggen we een belangrijke fundering voor het werk in de FFB Workspace.«

Inclusief onderzoek

De onderzoeksfabriek voor batterijcellen beheert de meng- en coatinginstallatie in de cleanroom van het »AlexProWerk« van de Alexianer Werkstätten Münster. Medewerkers van de Alexianer Werkstätten worden daarnaast getraind en actief betrokken bij de proefproductielijn. Procescontrole, laboratoriumondersteuning, verpakking en opslag zijn enkele gebieden waarin medewerkers van de Alexianer Werkstätten werkzaam kunnen zijn. In totaal zijn zes tot acht werkplekken gereserveerd voor het team, specifiek voor de werkplaatsen. »We hebben eigenlijk een inclusieve werkgever in huis gehaald«, legt Norbert Mussenbrock uit, directeur van de Alexianer Werkstätten. »Normaal gesproken gaan onze collega’s met een beperking als individu of in een werkgroep naar bedrijven en vullen daar bedrijfsspecifieke externe werkplekken.« De inclusieve werkplekken blijven ook bestaan bij de verhuizing van de batterijonderzoeken naar het nieuwe gebouw in de Hansa-BusinessPark.

Combinatie van laboratorium- en productieonderzoek

Het concept van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen (FFB) voorziet in een combinatie van laboratorium- en productieonderzoek voor verschillende batterijcelformaten – ronde cellen, prismatische cellen en pouchcellen. De medewerkers van de FFB onderzoeken afhankelijk van de behoefte afzonderlijke processtappen of de gehele productieketen.

De optimalisatie van de batterijcelproductie gebeurt op basis van verschillende criteria, onder andere het materiaal, de energie- en grondstofefficiëntie of de kostenreductie. Samen met de projectpartners van het MEET Batterieforschungszentrum van de WWU Münster en de leerstoel PEM van de RWTH Aachen bouwt de Fraunhofer-Gesellschaft een infrastructuur waarmee kleine, middelgrote en grote bedrijven, maar ook onderzoeksinstellingen, de serieproductie van nieuwe batterijen kunnen testen, implementeren en optimaliseren.

De FFB moet uitgroeien tot het centrum van een moderne en schaalbare batterijcelproductie in Münster, voor Duitsland en Europa. Om de productie in Duitsland in de toekomst efficiënter, goedkoper en in de hoogste kwaliteit te kunnen leveren, financieren het Bundesministerium für Bildung und Forschung en de deelstaat Noordrijn-Westfalen de opbouw van de onderzoeksfabriek voor batterijcellen met in totaal tot 680 miljoen euro.