Forschungsprojekt zu effizienterer Batterieproduktion abgeschlossen
Laut der Mitteilung des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen sollen diese Prozesse dabei helfen, auch maßgenschneiderte Batteriezellen einfacher entwickeln zu können. Wenn die Eigenschaften früher im Entwicklungsprozess optimiert werden können, wird die Entwicklung und Produktion einfacher.
Anhand von KI und physikochemischen Modellen hatten die Projektpartner zielgerichtet in den Teilschritt der Formierung eingegriffen, „um positive Langzeiteffekte zu erzielen und ein sicheres Verfahren zu gewährleisten“. Dabei sei die Prozesszeit durch ein Pulsformierungsprotokoll zunächst um rund 50 Prozent und anschließend mit Unterstützung von KI um weitere 20 Prozent reduziert worden, so der Lehrstuhl: „Dadurch habe sich gezeigt, dass es möglich ist, bei verkürzten Prozesszeiten maßgeschneiderte Batterien etwa mit Blick auf verbesserte elektrische Eigenschaften oder die Lebensdauer zu formieren und bedarfsgerechte Prozeduren beschleunigt zu entwickeln.“
Die Formierung ist der letzte Produktionsschritt einer Batteriezellen, bei der die zusammengebaute Zelle das erste Mal geladen wird. Dabei bildet sich die „Solid-Electrolyte-Interphase“ (SEI)-Schicht an den Elektroden aus, welche für die späteren Leistungsmerkmale der Zelle entscheidend ist – daher ist die Formierung für Faktoren wie die Sicherheit, Langlebigkeit und Leistung von enormer Bedeutung.
Durch elektrochemische Impedanzspektroskopie hatten die Forschenden den Widerstand der SEI während der Formierung beobachtet. „Dadurch lässt sich auf die korrekte Ausbildung der SEI und den daraus resultierenden Lithiumverbrauch schließen – ein Qualitätskriterium sowohl für die Entladekapazität nach der Formierung als auch für das Langzeitverhalten“, sagt der Projektverantwortliche am PEM. Tobias Robben: „Anstatt den Produktionserfolg erst mit dem ‚End of Line‘-Test beurteilen zu können, ist es also möglich, die Batteriequalität ohne jegliche Prozessunterbrechung schon vorher zu bestimmen.“ Auf diese Weise könne Ausschuss wesentlich früher im Prozess anfallen, was erheblich Zeit und Kosten spare.
„Mit Hilfe von Digitalisierung und künstlicher Intelligenz lässt sich die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien beschleunigen, wobei die Prozesskosten sinken und die Qualität steigt“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. „Akkus individueller und mit automatisierter Qualitätsbeurteilung herstellen zu können, ist ein Schlüsselfaktor im künftigen Wettbewerb um eine konkurrenzfähige Batterieproduktion.“
Das Vorhaben war ein Begleitprojekt des von der Bundesregierung geförderten Kompetenzclusters „Intelligente Batteriezellproduktion“ (InZePro). Zu den Partnern des RWTH-Lehrstuhls PEM zählten das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung des Karlsruher Instituts für Technologie, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme (elenia) an der TU Braunschweig.
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