Ekspertyza planowania dla przyszłej fabryki ogniw baterii

30 kwietnia w Münster otwarto pierwszy budynek placówki Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle FFB. © Sieć

V. l. n. r.: Prof. Dr. Achim Kampker i Prof. Dr. Jens Tübke, kierownictwo instytutu Fraunhofer FFB, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, prezes Fraunhofer-Gesellschaft, Hendrik Wüst, premier landu Nadrenii Północnej-Westfalii, Bettina Stark-Watzinger, federalna minister edukacji i badań naukowych, Ina Brandes, minister kultury i nauki landu Nadrenia Północna-Westfalia, Silke Krebs, sekretarz stanu w Ministerstwie Gospodarki, Przemysłu, Ochrony Klimatu i Energii landu Nadrenia Północna-Westfalia, Prof. Dr. Simon Lux, kierownictwo instytutu Fraunhofer FFB. © Susanne Kurz/Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

V. l. n. r.: Prof. Dr. Simon Lux, kierownik instytutu Fraunhofer FFB, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, prezes Towarzystwa Fraunhofer, Hendrik Wüst, premier landu Nadrenii Północnej-Westfalii, Ina Brandes, minister kultury i nauki tego landu, Bettina Stark-Watzinger, federalna minister edukacji i badań, Silke Krebs, sekretarz stanu w Ministerstwie Gospodarki, Przemysłu, Ochrony Klimatu i Energii tego landu. © Susanne Kurz/Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Infrastruktura Fraunhofer FFB – laboratoria i etapy budowy

W dniu 30 kwietnia w Münster otwarto pierwszy budynek instytucji Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle FFB. W nowej fabryce badawczej ma być testowana i optymalizowana produkcja ogniw baterii na skalę przemysłową. W planowaniu i realizacji uczestniczą naukowcy z Fraunhofer IPA.

„Produkcja ogniw baterii na skalę przemysłową to sama w sobie duże wyzwanie: urządzenia są bardzo skomplikowane i stawiają wysokie wymagania wobec środowiska produkcyjnego, na przykład pod względem czystości i suchości” — wyjaśnia Marc-André Berchtold. Inżynier IPA kieruje planowaniem fabryki w ramach projektu „Forschungsfertigung Batteriezelle Deutschland”, skrótowo FoFeBat. „W badawczej fabryce, której pierwszy etap budowy, »FFB PreFab«, został właśnie otwarty, nie chodzi tylko o produkcję, ale także o pracę nad nowymi formatami ogniw, procesami i technologiami.”

Aby było to możliwe również w dłuższej perspektywie, w projekcie zaprojektowano elastyczne struktury fabryczne i produkcyjne. „Technologia nieustannie się rozwija. Za kilka lat na rynek wejdą nowe urządzenia i nowe formaty ogniw baterii. Dlatego też badawcza fabryka musi być tak zaprojektowana, aby można ją było dostosować do tych zmian” — mówi Berchtold.

Sekret elastyczności

Jak więc zaprojektować elastyczną fabrykę ogniw baterii? „Podstawowym warunkiem jest szczegółowa analiza kroków i wymagań procesu” — odpowiada ekspert z IPA: „Sztywne linie produkcyjne w nieprzystosowanych pomieszczeniach czystości i suszarniach, jak to obecnie odpowiada stanowi techniki, są tutaj nieodpowiednie.”

Rozwiązaniem jest modularna struktura produkcji: ponieważ każdy etap wymaga specyficznego środowiska, pomieszczenia, w których znajdują się urządzenia produkcyjne, muszą być odpowiednio wyposażone. Jednocześnie należy zapewnić, aby pomieszczenia były właściwie wymiarowane i mogły być przekształcane, co umożliwi długoterminowe użytkowanie. Ponadto trzeba planować przyłącza — na przykład wodę, sprężone powietrze czy prąd — tak, aby nowe technologie produkcyjne mogły być bezproblemowo zintegrowane z operacją. Ta modularna zasada została już zrealizowana w FFB PreFab.

Klucz do sukcesu: praktyczne doświadczenie i digitalizacja

Oprócz planowania fabryki, zespoły z IPA wspierają również budowę badawczej produkcji ogniw baterii przy wyborze urządzeń produkcyjnych: aby zrealizować specyficzne wymagania fabryki badawczej, przeprowadzono rozmowy z producentami z Europy, Azji i Ameryki. Głównym punktem były specyfikacje mechanicznych i elektrycznych interfejsów między urządzeniami. Inżynierowie z IPA towarzyszą procesowi przetargowemu i wyborowi wykonawców.

Eksperci z IPA biorą również udział w wyborze specjalistycznych narzędzi cyfrowych i infrastruktury IT odpowiednich dla badawczej produkcji. Cyfrowa sieciowa integracja jest kluczowa dla sukcesu fabryki baterii: tylko dzięki danym, które są centralnie zbierane i analizowane, naukowcy i producenci mogą optymalizować procesy, wykrywać potencjalne źródła błędów i poprawiać jakość.

Wiedza, którą eksperci zgromadzili w Stuttgarcie podczas planowania i realizacji fabryki badawczej, ma w przyszłości służyć użytkownikom planującym nowe fabryki baterii, optymalizującym istniejące lub digitalizującym je.

O projekcie

– Otwarte fabryki ogniw baterii do celów badawczych i rozwojowych
– W ramach projektu »FoFeBat« Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych oraz Land Nordrhein-Westfalen wspierają budowę Fraunhofer FFB łącznie kwotą około 820 milionów euro. Przy czym federalny rząd dofinansowuje Fraunhofer FFB kwotą do 500 milionów euro na urządzenia i projekty badawcze, a Land Nordrhein-Westfalen inwestuje około 320 milionów euro w grunty i nowe budynki.
– Ponad 170 ekspertów od baterii (w tym partnerzy)
– Zdolność produkcyjna: teoretycznie do 7 GWh/rok (elektrody)