Rozwiązania cyfrowe i rozwój materiałów dla produkcji baterii

Produkcja ogniw baterii w firmie Varta. © VARTA Microbattery GmbH

Smartfon, wózek widłowy, samochód elektryczny – skuteczne magazyny energii są niezbędne, aby móc przejść od paliw kopalnych do czystej energii elektrycznej. Instytut Fraunhofer w Stuttgarcie ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA rozpoczął wspólnie z partnerami projekt, który ma obniżyć koszty produkcji ogniw bateryjnych i poprawić ich jakość.

Celem jest w pełni zautomatyzowana produkcja, która nie tylko wykrywa wadliwe elementy, ale także identyfikuje ich przyczynę – i bez interwencji człowieka natychmiast podejmuje działania naprawcze. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy cały łańcuch procesów jest zdigitalizowany, a czujniki zbierają niezliczone dane. W tej przyszłościowej fabryce wszystko jest rejestrowane: od ustawień maszyn, przez grubość nanoszonej powłoki, aż po temperaturę pomieszczenia i wilgotność powietrza. Aby odnaleźć sensowne powiązania w gąszczu danych, konieczna jest sztuczna inteligencja. Ona ustala, przy jakich ustawieniach i parametrach można oczekiwać określonych wyników.

Koncepty cyfryzacji dla produkcji baterii

DigiBattPro4.0 oznacza cyfryzowaną produkcję ogniw bateryjnych z zastosowaniem technologii Przemysłu 4.0. Cel tego projektu nie da się osiągnąć wyłącznie w laboratorium. Aby uzyskać wiarygodne wyniki, potrzebna jest rzeczywista produkcja na dużą skalę. Umożliwia to niemiecki koncern baterii z Badenii-Wirtembergii Varta, który codziennie produkuje dziesiątki tysięcy baterii. Tu eksperci Fraunhofer najpierw zintegrują wszystkie maszyny i stworzą model komputerowy. Cały proces produkcyjny będzie realizowany nie tylko w rzeczywistości, ale także wirtualnie. Model ma pokazać, jak wielkości procesowe wpływają na właściwości produktu, gdzie można wprowadzić ulepszenia – stanowi to wstęp do samoregulującej się fabryki.

Proces produkcji dostosowuje się samodzielnie

To, co udało się osiągnąć w istniejącej linii produkcyjnej, ma zostać w kolejnym kroku przeniesione na baterie litowo-jonowe, takie jak te stosowane np. w samochodach elektrycznych. Standardowe ogniwa mają kształt cylindryczny i mierzą 70 milimetrów wysokości oraz 21 milimetrów średnicy. Eksperci mówią o formacie 21700. Projekt ma na końcu swojego okresu zapewnić warunki do pełnej automatyzacji produkcji takich ogniw za pomocą samoregulujących się, bezawaryjnych procesów, co skróci czas realizacji i zmniejszy odsetek odpadów.

Rozwój przyjaznych dla środowiska, wydajnych materiałów

Ogniwa mają być także bardziej wydajne dzięki nowym materiałom, a proces produkcji bardziej przyjazny dla środowiska: wodo-rozpuszczalny katodowy materiał zastępuje szkodliwy dla środowiska rozpuszczalnik, a zwiększony udział niklu podnosi gęstość energii.

Zabezpieczenie technologicznej suwerenności i utrzymanie konkurencyjności

Połączenie cyfryzacji i rozwoju materiałów, w które zaangażowane są oprócz instytutu Fraunhofer i Varta także Centrum Badań nad Energią Słoneczną i Wodorem Badenii-Wirtembergii ZSW, gwarantuje szybkie wyniki. Projekt rozpoczął się 1 marca i ma trwać cztery lata. „Długoterminowo opracowane rozwiązania cyfryzacyjne będą wspierać opłacalność produkcji ogniw bateryjnych i zabezpieczą niemiecki ośrodek produkcyjny” – przekonuje dyrektor IPA, profesor Alexander Sauer.

Profil projektu

Nazwa projektu: DigibattPro4.0 – Cyfryzowana produkcja ogniw bateryjnych 4.0
Program: Od materiału do innowacji
Organizator projektu: Jülich (PtJ)
Okres realizacji: od 1.03.2021 do 28.02.2025
Dotacja: 30 mln euro
Numer identyfikacyjny dotacji: 03XP0374C
Partnerzy: Fraunhofer IPA, VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA, VARTA Microbattery GmbH, Centrum Badań nad Energią Słoneczną i Wodorem Badenii-Wirtembergii (ZSW) Ulm