Forschungsprojekt zur schnelleren Batterieproduktion
Von dem Anlagenkonzept, dass die Projektpartner im Rahmen von EXINOS2 entwickeln wollen, versprechen sie sich „eine signifikant verbesserte Effizienz und Flexibilität der Batteriezellfertigung“, wie es in der Pressemitteilung der beteiligten ACP Systems AG heißt. Dabei fangen die Entwickler aber nicht bei null an, sondern bauen auf den Ergebnissen vorheriger Forschungsprojekte auf.
Um den Ansatz der Projektpartner zu verstehen, kurz ein Exkurs in die aktuellen Abläufe: Für die Herstellung von Batterie-Zellstapeln müssen Kathode, Separator und Anode präzise übereinandergestapelt werden – bei der Kathode und Anode handelt es sich um beschichtete Metalfolien, der Separator ist meist eine spezielle Kunststoff-Folie. „In bisherigen Anlagenkonzepten wird dies durch zumeist mehrere automatisierte Greifvorgänge und starre Werkzeuge umgesetzt. Zwischen den Greifvorgängen entstehen zwangsläufig Pausen, die zu einem diskontinuierlichen Prozess führen. Gleichzeitig erschweren die formatgebundenen Werkzeuge den Wechsel auf andere Batteriezellformate“, erklärt ACP Systems. Soll ein neues Batterieformat produziert werden, sind kostenintensive neue Werkzeuge und zeitaufwändige Umrüstarbeiten notwendig.
Mit der bereits prototypisch aufgebauten Anlage wollen die Entwickler diese beiden „Herausforderungen“ lösen. Zum einen soll bereits vor dem eigentlichen Stapel-Vorgang ein Verbund aus den Elektrodenblätter und dem Separator hergestellt werden, um eine „kontinuierliche und damit insgesamt schnellere Prozessführung“ zu erreichen. Die Anlagentechnik selbst sei formatflexibel gestaltet, „sodass innerhalb kurzer Zeit softwarebasiert auf neue Zellformate umgestellt“ werden könne, heißt es in der Mitteilung. Das soll vor allem durch die flexibel verstellbaren Handhabungssysteme erreicht werden – also jene Bauteile, die die einzelnen Elektrodenblätter zuschneiden.
Mit ihren Arbeiten zu einer effizienteren und flexibleren Batteriefertigung wollen die Projektpartner die Zellproduktion in Deutschland wirtschaftlicher machen: „Die Effizienz und Flexibilität der Batteriefertigung in Deutschland, die zukünftig entscheidend zur Energiewende beitragen soll, kann dadurch deutlich verbessert werden. Dies wiederum eröffnet große Chancen, die wirtschaftliche Kraft und technologische Innovation zu stärken sowie den Ausbau der Elektromobilität zu fördern“, teilt ACP Systems mit.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit 3,64 Millionen Euro. Im Verbundprojekt arbeiten Forschende des WBK Instituts für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB sowie den Industriepartnern ACP Systems AG, BST GmbH, J. Schmalz GmbH und der Siemens AG an der Weiterentwicklung des prototypischen Anlagenkonzepts.
ACP Systems soll in dem Projekt die Zielanalge herstellen, BST liefert „eine hochpräzise Systemlösung zur Bahnlaufregelung und optischen Elektrodeninspektion für eine optimale Stapelgenauigkeit der Elektrodenblätter“ und die J. Schmalz GmbH beschäftigt sich innerhalb des Projekts mit der Entwicklung passender Vakuum-Greifsysteme. Siemens unterstützt das Projekt hardwareseitig in Bezug auf Steuerungs- und Antriebskomponenten und softwareseitig bei der Digitalisierung der Zielanlage. Das WBK Institut für Produktionstechnik am KIT widmet sich „der Befähigung unreifer Teilprozesse sowie der Entwicklung des digitalen Zwillings“, während die Fraunhofer FFB „im Kontext der Innovationmodule die entsprechenden Rahmenbedingungen für den Anlagenaufbau und die Integration in eine industrielle, physische und digitale Infrastruktur“ bereitstellt.
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