ZSW und Fraunhofer forschen an KI-gestützter Elektrodenproduktion

In dem vom Bund geförderten Projekt „KontElPro“ arbeiten das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und die Fraunhofer-Institute ICT, IFAM und IWS daran, die Herstellungsprozesse von Batteriezellen mithilfe Künstlicher Intelligenz zu optimieren.

Im Fokus des Forschungsverbunds stehen vor allem Verfahren zur Produktion von Batterieelektroden. Anspruch sei, diese „umweltfreundlich, wirtschaftlich und lösungsmittelfrei zu gestalten“, heißt es in einer Mitteilung des ZSW.

Der Projektname „KontElPro“ steht dabei für „Kontinuierliche Elektrodenproduktion“. Gefördert wird das Vorhaben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil des Forschungsclusters „Intelligente Zellproduktion“ (InZePro) mit insgesamt rund 1,8 Millionen Euro. Vom BMBF bezuschusst werden aktuell bekanntlich vier Kompetenzcluster – neben „InZePro“ auch „greenBatt“, „ProZell“, „AQuaA“.

Doch zurück zu KontElPro: Die Herstellung der heute überwiegend in Asien gefertigten Batterieelektroden und -zellen geht laut dem ZSW in der Regel mit einer Elektrodenpaste einher, die auf eine dünne Metallfolie aufgetragen wird und deren toxische Lösungsmittel anschließend in einem Trockenofen energieintensiv abgezogen werden müssen. Die deutschen Forscher favorisieren dagegen eine lösungsmittelfreie Elektrodenfertigung durch Extrusion und anschließendem Trockentransferverfahren. „Dabei kommen keine toxischen Substanzen zum Einsatz und energieintensive Trocknungsverfahren sind ebenfalls nicht Bestandteil der Prozesskette. Dies ist ein Gewinn für Umwelt und Gesundheit“, so das ZSW.

Zur Optimierung des Herstellungsprozesses setzen die Wissenschaftler auf KI-gestützte Prozessleittechnik. Einsparpotenziale sehen sie sowohl in puncto Zeit und Energie als auch bei den Kosten. Um die Entwicklung der selbstlernenden KI zur Optimierung und Regelung der Einzelprozesse und des Gesamtfertigungsprozesses kümmert sich das ZSW in Stuttgart. „Das ZSW forscht und arbeitet seit mehr als 20 Jahren im Bereich KI und Maschinellem Lernen. Hier können wir unsere Methodenkompetenz und unser Know-how für noch mehr Nachhaltigkeit in der Energiewende einbringen“, äußert Maike Schmidt, Leiterin des Fachgebiets Systemanalyse am ZSW.

Die weitere Arbeitsteilung im Rahmen von KontElPro gestaltet sich wie folgt: Das Fraunhofer IFAM widmet sich der Überwachung und Steuerung der Extrusionsprozesse zur kontinuierlichen Produktion von Batteriekomponenten, das Fraunhofer IWS kreiert die Trockentransferverfahren für lösungsmittelfreie Batterieelektroden sowie Prozessüberwachungs- und Steuerungsfunktionen. Das Fraunhofer ICT entwickelt und programmiert schließlich eine Datenbank zur Erfassung der Prozessdaten und stellt die Schnittstellen zur KI-Entwicklung bereit.

Gleichzeitig sollen nach Angaben des ZSW die etablierten Prozesse um eine KI-basierte Inline-Prozesskontrolle und eine standortübergreifende, vernetzte Datenbank erweitert werden. Ziel sei es, Daten automatisiert auszuwerten und die Prozesse KI-gestützt zu modellieren, zu optimieren, zu steuern und zu überwachen. Bei Abweichungen soll die KI künftig direkt in die Prozesssteuerung eingreifen und diese nachregeln.

„Mit neuesten KI-Methoden können wir alle wichtigen Einflussfaktoren auf die Qualität der Elektroden schon während der Fertigung erfassen, bewerten, regeln und damit eine gleichbleibende hohe Qualität der Elektroden über die gesamte Prozessdauer sicherstellen“, erläutert Anton Kaifel, Teamleiter des Bereichs KI und Maschinelles Lernen am ZSW.
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