„FormEL“ für bessere Batterieproduktionsprozesse

Autor: Die Redaktion

Veröffentlicht am: 27.07.2020

In dem neuen Projekt „FormEL“ forscht das PEM der RWTH Aachen University zusammen mit dem Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen (elenia) der TU Braunschweig, dem Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik der TU Braunschweig (InES), dem Münster Electrochemical Energy Technology Forschungszentrum (MEET) Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und dem Lehrstuhl für elektrische Energiespeicher der TU München (EES) an der Kostensenkung und der Qualitätssteigerung der Lithium-Ionen-Batteriezellen induziert durch die Zellfinalisierung. Ziel ist eine funktionsintegrierte Optimierung des Batterieproduktionsprozesses durch Ermittlung der Prozess-Qualitäts-Beziehungen.

Eine der größten Herausforderungen bei der Produktion von Batterien ist das Verständnis zwischen Prozess- und Qualitätsparameter. Insbesondere bei dem kosten- und zeitintensiven Prozessschritten der Zellfinalisierung können durch ein tiefes Prozessverständnis große Potenziale der Lithium-Ionen-Batterie umgesetzt werden. Im Forschungsprojekt FormEL sollen die Prozesse Formierung und End-of-Line-Test (EOL-Tests) mit der Zielsetzung einer funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung der beiden Prozessschritte weitergehend erforscht werden. Das Projekt wird dazu vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative „Batterie 2020“ mit mehr als 2 Millionen Euro gefördert.

In dem Projekt werden Prozess-Qualitäts-Beziehungen zur Entwicklung detaillierter Modelle und Optimierung der beiden Prozessschritte, mit dem Ziel einer funktionsintegrierten Zusammenführung, genutzt. Dafür sollen physikalische Modelle die elektrochemischen Vorgänge während der Formierung und des EOL-Tests abbilden, um Wechselwirkungen und Prognosen hinsichtlich der Zelleigenschaften in Abhängigkeit der Formierprozedur abzuleiten. Es wird zusätzlich ein modulares Warenträgerkonzept zur Zusammenführung des Formierungsprozesses und des EOL-Tests entwickelt, das mit geringen Umrüstaufwänden verschiedene Batteriezellvarianten (Batteriezellmaße und -formate) abdecken kann sowie die notwendige Mess- und Regelungstechnik beinhaltet. Durch experimentelle Untersuchungen sollen diese Optimierungsansätze im Anschluss analysiert und validiert werden.

Mit der Identifikation der Prozess-Qualitäts-Beziehungen und modellbasierten Optimierungen der Einzelprozesse wird eine Senkung der Prozesszeit angestrebt. Die schnellere Prozesszeit der Funktionsintegration führt einerseits zur Senkung der Energiekosten pro Zelle und ermöglicht andererseits die Steigerung des Produktionsdurchsatzes, wodurch die Fixkosten pro Zelle reduziert werden. Die notwendige Messtechnik für die Formierung inkl. EOL-Test soll in einem flexiblen Warenträger für mehrere Zellen umgesetzt werden. Dieser bietet weiteres Kosteneinsparpotential und ist durch den flexiblen Aufbau für den Einsatz zukünftiger Zellgenerationen geeignet. Die in dem Projekt gewonnene Expertise ist nicht nur für aktuelle Zellgenerationen von hoher Bedeutung, um die Performance der Batteriezellen zu erhöhen, sondern auch für zukünftige Batteriezellgenerationen, um die Anlaufproblematiken durch intelligente Verknüpfungen der Parameter zu verbessern.

Quellen:

https://www.pem.rwth-aachen.de/go/id/iyhde?#aaaaaaaaaaiyhkq