Digitalisierung Hier wird die Zukunft der Batteriezellenproduktion erforscht

Redakteur: Sandro Kipar

Das Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer IPA wurde eröffnet. Auf dem Campus soll gemeinsam mit der Varta AG daran gearbeitet werden, die industrielle Produktion von Batteriezellen zu optimieren.

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Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut und IPA-Institutsleiter Professor Alexander Sauer während der Eröffnungsveranstaltung.
Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut und IPA-Institutsleiter Professor Alexander Sauer während der Eröffnungsveranstaltung.
(Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez)

Batterien nehmen einen immer wichtigeren Platz in unserem Leben ein. Nicht nur E-Autos sind auf sie angewiesen, in der Mobilität steigt auch täglich die Nutzung von E-Bikes und E-Scootern. Mit der wachsenden Nachfrage eröffnen sich aber auch neue Probleme: Wie kann die Produktion von Batteriezellen verbessert werden? Wie kann die Zelle an sich effektiver werden? Und was passiert am Lebensende einer Batterie? All diese Fragen will das Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer IPA erforschen. Es wurde am Montag, 20. September, von Baden-Württembergs Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut eröffnet. Partner des ZDB ist der Batteriekonzern Varta AG.

Das ZDB soll dafür sorgen, dass Deutschland bei der Schlüsseltechnologie Batteriezelle aufholt. Aktuell komme sie überwiegend aus China, Südkorea, Japan und den Vereinigten Staaten. „Wenn die deutsche Industrie künftig nicht mehr von asiatischen Batteriezellenproduzenten abhängig sein soll, müssen wir in Deutschland und Europa nicht nur unseren Rückstand aufholen, sondern die Technologieführerschaft übernehmen“, sagt Alexander Sauer, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart. Doch wie soll das gelingen?

Digitalisierung als Schlüssel

Auf dem Fraunhofer-Campus in Stuttgart-Vaihingen haben die Forscher Teile der Prozesskette der Batteriezellenproduktion im Labormaßstab nachgebaut und die einzelnen Stationen digital miteinander vernetzt. Dies generiere eine riesige Menge an Daten. Mit den Daten entstehe ein digitaler Zwilling, um so die gesamte Produktion virtuell abbilden zu können. Die Wissenschaftler wollen so ineffiziente Prozesse aufdecken und optimieren. Als Beispiel nennen sie die Elektrolytbefüllung, die mithilfe der Analysen immer präziser ausgeführt werden kann. Dies wirke sich positiv auf die Performance der Batteriezelle aus. „Es geht darum, Daten zu generieren und zu analysieren. Mit den neu gewonnenen Erkenntnissen kann in der Produktion rechtzeitig eine Rückkopplung stattfinden und so der Prozess optimiert werden“, erklärt Kai Peter Birke, Leiter des ZDB, während der Eröffnungsveranstaltung. Das verringere die Kosten und beschleunige die Entwicklung.

Auch der Zusammenbau von Batteriezellen soll am ZDB verbessert werden. Am Fraunhofer IPA entstand daher ein Labor mit besonderen Rein- und Trockenraumbedingungen. Gemeinsam mit der Anlagentechnik können die Forscher hier Prototypen entwickeln und produzieren – und erhalten dank Digitalisierung und Vernetzung der einzelnen Produktionsschritte wertvolle Daten. Die Daten stammen unter anderem von zahlreichen Sensoren, deren Messungen in Echtzeit in einer Cloud zusammenlaufen. Mithilfe von Traceability-Technologie können die gesammelten Daten den produzierten Batteriezellen zugeordnet werden. Jede einzelne Batteriezelle steht dabei als digitaler Zwilling für die Wissenschaftler bereit. Alexander Sauer erwähnt zudem, dass Erkenntnisse und Konzepte des ZDB auch auf andere Forschungsbereiche übertragen werden können. Als Beispiel nennt er die Wasserstofftechnologie.

Demontieren und reparieren

Die Daten sollen nicht nur die Produktion von Batteriezellen weiterentwickeln, sondern auch das Ende einer Batteriezelle erforschen. So sollen bessere Vorhersagemodelle für das Alterungsverhalten der Batteriezelle erarbeitet werden. Darunter fällt auch, die Einsatzmöglichkeit für gebrauchte Batteriezellen zu bewerten und die Effizienz des Recyclingverfahrens zu verbessern. „Wir wollen die Batteriezellen so lange wie möglich vor dem Recycling bewahren“, erklärt Birke. Demontage und Remontage sollen mit der Arbeit des ZDB gängig werden, ebenso das Reparieren von Batteriezellen.

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