KIT-Projekt will Batterie-Qualität erhöhen

Bei Batterien die maximale Qualität zum minimalen Preis sicherstellen ist das Ziel einer neuen Forschungsplattform, die am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Teil des Batterie-Kompetenzclusters AQua (steht für: Analytik/Qualitätssicherung) gestartet ist.

Dafür wird zunächst jeder Produktionsschritt betrachtet, von den Ausgangsmaterialien bis zur fertigen Zelle, um mögliche Fehlerquellen zu identifizieren, so das KIT in einer Mitteilung. Anschließend soll der Umgang mit Fehlern bei laufender Produktion so optimiert und automatisiert werden, dass am Ende eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet werden kann.

Klingt im Prinzip einfach, ist in der Praxis aber komplex. „Bei der Produktion muss jeder Schritt sitzen. Alles ist aufeinander abgestimmt und jeder Fehler kann sich auf die spätere Performance der Zellen auswirken“, sagt Professor Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien (IAM-ESS) des KIT, der die Forschungsarbeiten koordiniert. „Die Leistungsfähigkeit von Analytik und Qualitätssicherung hat deshalb einen maßgeblichen Einfluss auf Güte, Sicherheit und Kosten einer Zelle.“

Dabei geht es nicht nur darum, die kritischen Fehler im Produktionsprozess möglichst früh zu erkennen, sondern auch diese richtig zu interpretieren. Dafür arbeiten die Wissenschaftler nach dem Prinzip der Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). „Dabei bringen wir Fehler gezielt und kontrolliert ein, um den Zusammenhang zwischen einer Störung und den Auswirkungen auf die Zellen präzise zu quantifizieren“, sagt Lea de Biasi, eine der Forscherinnen im Projekt. „Wenn wir nun spezifische Leistungskriterien als Qualitätsziele definieren, können wir für alle relevanten Prozessschritte Toleranzgrenzen festlegen.“ Diese Toleranzen können dann direkt in der Produktion umgesetzt werden.

Damit derartige Prozesse später automatisiert werden können, müssen die Forschenden kritische Einflussgrößen in Echtzeit messen können – etwa die Homogenität der Elektrodenbeschichtung oder die Restfeuchte der Komponenten zu Beginn des Zellbaus. Hierfür werden im Rahmen des Projekts auch entsprechende Messmethoden entwickelt. Dabei sollen die Zwischenprodukte nach jedem Produktionsschritt nicht nur automatisch auf Fehler untersucht (und fehlerhafte Teile aussortiert) werden. „Dabei sind außerdem Rückschlüsse auf die Fehlerursachen möglich“, sagt de Biasi. „So können wir Prozessstörungen frühzeitig beseitigen und weitere Kosten durch Ausschuss vermeiden.“

Im KIT ist auch ein Begleitprojekt angesiedelt, genauer gesagt am  Institut für Angewandte Materialien – Computational Materials Science (IAM-CMS). Hier geht es unter anderem um den Austausch der Plattform mit den anderen Batterie-Kompetenzclustern der „Forschungsfabrik Batterie“ sowie um Kooperationen mit der Industrie. Im Mittelpunkt steht aber der Aufbau einer Dateninfrastruktur.
kit.edu