' Werelds eerste flexibele batterijcelproductie geopend'

Pilotlinie van een agile, modulair opgebouwde batterijcelproductie in het Karlsruher onderzoeksfabriek. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Met gasten uit het bedrijfsleven, de wetenschap en de politiek openden vertegenwoordigers van de betrokken ministeries en het KIT symbolisch, door het doorknippen van een lint, de nieuwe flexibele batterijcelproductielijn in de onderzoeksfabriek van Karlsruhe. (v.l.n.r.: Stefan Jung, BMBF; Jürgen Fleischer, KIT; Ronny Feuer, MWK; Joachim Knebel, KIT) (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Om batterijcellen – bijvoorbeeld voor elektrisch vervoer of elektrisch gereedschap – in de toekomst flexibeler te kunnen produceren, hebben onderzoekers van het Karlsruher Instituut voor Technologie (KIT) een flexibele batterijcelproductie opgezet. Op basis van een hoogflexibele robotgebaseerde automatisering hebben zij een mate van flexibiliteit bereikt die voorheen alleen in handmatige celproductie mogelijk was. Dit stelt bedrijven in staat om zich sneller aan nieuwe technologieën en volatiele markten aan te passen en kan de concurrentiekracht van Duitsland als industriële locatie versterken. De opbouw werd door het Rijk en de deelstaat met in totaal bijna 19 miljoen euro gefinancierd.

Volgens het Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz worden batterijcellen steeds belangrijker als veelzijdige en efficiënte energieopslag. Zo vormen ze bijvoorbeeld de drijvende kracht achter de voortschrijdende elektrificatie van mobiliteit. Voor producenten is deze sleuteltechnologie van grote strategische en economische relevantie. Momenteel wordt de vraag vooral gedekt door kosten-gedreven massaproductie in Azië en Noord-Amerika, wat ook gevolgen heeft voor machine- en installatietechniek. "We hebben in Duitsland niet de voorwaarden om concurrerend te zijn in de puur kosten-gedreven massaproductie van cellen en de bijbehorende machinebouw," zegt professor Jürgen Fleischer, hoofd van het wbk Instituut voor Productietechniek aan het KIT. "De opening van de 's werelds eerste flexibele batterijcelproductie in de onderzoeksfabriek van Karlsruhe laat zien hoe we ons met een hoogflexibele en hulpbronnenefficiënte productie kunnen onderscheiden op de wereldmarkt en gericht kunnen inspelen op het margerijke premiumsegment en nichemarkten."

Flexibele en hulpbronnenefficiënte batterijcelproductie

Voor de batterijcelproductie ontwikkelden de onderzoekers van het KIT samen met het bedrijf Exyte speciale robotcellen. "Deze vormen een wereldprimeur op dit gebied. Ze dienen als lokale droogkamers, ook wel micro-omgevingen genoemd, ter bescherming van de vochtgevoelige batterijmaterialen," aldus Fleischer. In vergelijking met conventionele droogkamers is het te ontvochtigen ruimtevolume aanzienlijk kleiner. Daarom biedt deze technologie een bijzonder hoog energiebesparingspotentieel. Vier van dergelijke micro-omgevingen vormen samen met hun bijbehorende procesmodules de fysieke opbouw van de flexibele batterijcelproductie in de onderzoeksfabriek van Karlsruhe van het wbk.

Bovendien bouwden de projectdeelnemers een "digitale tweeling", oftewel een virtueel beeld van het productiesysteem. Zo kunnen de wetenschappers softwarematig schaalvoordelen onderzoeken door het aantal micro-omgevingen te vermenigvuldigen en productie-technische grootheden zoals de optimale batchgrootte te bepalen. Deze simulatie kan ook worden gebruikt voor de productieplanning van de flexibele batterijcelproductie. De echte installatie is gekoppeld aan een database, zodat alle processen in de toekomst KI-gestuurd kunnen worden aangepast en verbeterd.

Nauwe samenwerking tussen wetenschap en industrie

De batterijcelproductie is ontwikkeld door de wetenschappers in het onderzoeksproject AgiloBat, samen met middelgrote machine- en installatiefabrikanten. Deze moeten in staat worden gesteld om gezamenlijk concurrerende installatietechniek aan te bieden over de hele procesketen. Het door het KIT ingebracht proceskennis voor een flexibelere en modularere installatie maakt het de betrokken bedrijven bovendien mogelijk om in de toekomst batterijklassen variabel, hulpbronnenefficiënt en geautomatiseerd te produceren en nieuwe materiaalsystemen via industriegerelateerde productie met kleine hoeveelheden te testen. De ontwikkelde infrastructuur vormt een aanvulling op de sinds 2011 opgebouwde onderzoeksinfrastructuur op het gebied van batterijcelproductie aan het KIT.

Meer informatie over AgiloBat

In het onderzoeksproject AgiloBat werken onderzoekers van zeven instituten van het KIT samen met partners van het Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg en het Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie. Daarnaast zijn uit de machine- en installatietechniek onder andere de Coperion GmbH, SAUERESSIG Group, Schunk Group, Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, Siemens AG, DEHOF ingenieur+technik en Exyte Technology GmbH betrokken.

Het Bundesministerium für Bildung und Forschung financiert het project met 14,5 miljoen euro, het Ministerie für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg met 4,5 miljoen euro. (kla)