Pierwsza na świecie produkcja elastycznych ogniw baterii otwarta

Pilotlinie einer agilen, modular aufgebauten Batteriezellfertigung in der Karlsruher Forschungsfabrik. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Z gośćmi z gospodarki, nauki i polityki przedstawiciele zaangażowanych ministerstw oraz KIT symbolicznie otworzyli nową zwinną linię produkcji ogniw bateryjnych w Karlsruher Forschungsfabrik, przecinając wstęgę. (od lewej do prawej: Stefan Jung, BMBF; Jürgen Fleischer, KIT; Ronny Feuer, MWK; Joachim Knebel, KIT) (Zdjęcie: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Aby móc w przyszłości bardziej elastycznie produkować ogniwa baterii – na przykład do elektromobilności lub narzędzi elektrycznych – naukowcy z Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zbudowali zwinne linie produkcyjne ogniw baterii. Na bazie wysoce elastycznej, robotyzowanej automatyzacji osiągnęli poziom elastyczności, który dotychczas był możliwy tylko w ręcznej produkcji ogniw. Umożliwia to firmom szybsze dostosowywanie się do nowych technologii i zmiennych rynków, a także może wzmocnić konkurencyjność Niemiec jako miejsca przemysłowego. Federalne i landowe wsparcie finansowe na ten cel wyniosło łącznie blisko 19 milionów euro.

Zgodnie z informacją Federalnego Ministerstwa Gospodarki i Klimatu, ogniwa baterii zyskują coraz większe znaczenie jako wszechstronne i wydajne magazyny energii. Są one na przykład główną siłą napędową postępującej elektryfikacji mobilności. Dla przedsiębiorstw produkcyjnych ta kluczowa technologia ma wysokie znaczenie strategiczne i gospodarcze. Obecnie popyt jest głównie zaspokajany przez masową produkcję opartą na kosztach w Azji i Ameryce Północnej, co ma również wpływ na przemysł maszynowy i urządzenia. „Nie mamy w Niemczech warunków, aby konkurować w czysto kosztowej masowej produkcji ogniw i związanym z tym przemysłem maszynowym,” mówi profesor Jürgen Fleischer, kierownik Instytutu Produkcji w KIT. „Otwarcie najszybciej na świecie zwinnej linii produkcyjnej ogniw baterii w badawczej fabryce w Karlsruhe pokazuje, jak możemy się wyróżnić na rynku dzięki wysoce elastycznej i oszczędnej w zasoby produkcji, a także celowo adresować segment premium o wysokiej marży i rynki niszowe.”

Elastyczna i oszczędna w zasoby produkcja ogniw baterii

W ramach prac nad produkcją ogniw baterii naukowcy z KIT wspólnie z firmą Exyte opracowali specjalne komórki robotyczne. „Stanowią one światową nowość w tej dziedzinie. Służą jako lokalne suche pomieszczenia, zwane również mikrośrodowiskami, chroniące wrażliwe na wilgoć materiały baterii,” wyjaśnia Fleischer. W porównaniu do konwencjonalnych suchych pomieszczeń, objętość przestrzeni do odwilżania jest znacznie mniejsza. Dlatego technologia ta oferuje szczególnie wysokie oszczędności energii. Cztery takie mikrośrodowiska wraz z odpowiednimi modułami procesowymi stanowią fizyczną strukturę zwinnej produkcji ogniw baterii w badawczej fabryce KIT w Karlsruhe.

Ponadto, uczestnicy projektu zbudowali „wirtualny duplikat”, czyli cyfrowy obraz systemu produkcyjnego. Dzięki temu naukowcy mogą za pomocą oprogramowania badać efekt skali poprzez powielanie poszczególnych mikrośrodowisk i określać parametry produkcji, takie jak optymalny rozmiar partii. Ta symulacja może być również wykorzystywana do planowania produkcji zwinnych linii produkcyjnych ogniw baterii. Rzeczywista linia jest połączona z bazą danych, co pozwoli na przyszłe dostosowywanie i ulepszanie wszystkich procesów z wykorzystaniem sztucznej inteligencji.

Bliska współpraca nauki i przemysłu

Produkcję ogniw baterii opracowali naukowcy w ramach projektu badawczego AgiloBat we współpracy z średnioprężnymi producentami maszyn i urządzeń. Ma to umożliwić wspólne oferowanie konkurencyjnej technologii urządzeń na całym łańcuchu procesowym. Wiedza na temat procesów, którą wnosi KIT, pozwala na rozwijanie bardziej elastycznych i modułowych systemów, co z kolei umożliwia przyszłą produkcję różnych wariantów ogniw baterii w sposób zrównoważony, oszczędny w zasoby i zautomatyzowany, a także testowanie nowych systemów materiałowych przy użyciu przemysłowej produkcji z małymi ilościami materiałów. Wybudowana infrastruktura uzupełnia infrastrukturę badawczą w zakresie produkcji ogniw baterii, którą KIT rozwija od 2011 roku.

Więcej informacji o AgiloBat

W ramach projektu badawczego AgiloBat naukowcy z siedmiu instytutów KIT współpracują z partnerami z Centrum Badań nad Energią Słoneczną i Wodorem Badenii-Wirtembergii oraz Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie. Wśród producentów maszyn i urządzeń zaangażowanych w projekt są również firma Coperion GmbH, grupa SAUERESSIG, Schunk Group, Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, Siemens AG, DEHOF ingenieur+technik oraz Exyte Technology GmbH.

Projekt jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań kwotą 14,5 miliona euro, a Ministerstwo Nauki, Badań i Sztuki Badenii-Wirtembergii – kwotą 4,5 miliona euro. (kla)