{"id":71370,"date":"2021-05-21T08:56:59","date_gmt":"2021-05-21T06:56:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=71370"},"modified":"2021-05-21T08:56:59","modified_gmt":"2021-05-21T06:56:59","slug":"kit-optimiert-die-massenfertigung-hochwertiger-lithium-ionen-batterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/kit-optimiert-die-massenfertigung-hochwertiger-lithium-ionen-batterien\/","title":{"rendered":"KIT optimiert die Massenfertigung hochwertiger Lithium-Ionen-Batterien"},"content":{"rendered":"\n
Leistungsstark, ausdauernd und sicher: Mit diesen Eigenschaften und einem g\u00fcnstigen Preis k\u00f6nnten Batterien \u201eMade in Germany\u201c bald zur Weltspitze geh\u00f6ren. <\/p>\n\n\n\n
Erm\u00f6glichen sollen das unter anderem fortschrittliche Ans\u00e4tze zur Qualit\u00e4tssicherung und Analytik bei der Produktion, die jetzt am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) entwickelt und erprobt werden. Die Arbeit im Batterieforschungscluster AQua verl\u00e4uft in enger Kooperation mit Forschungspartnern in der vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) initiierten \u201eForschungsfabrik Batterie\u201c.\u00a0<\/p>\n\n\n\n
Die maximale Qualit\u00e4t zum minimalen Preis sicherstellen \u2013 das wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einer neuen Forschungsplattform, die am KIT als Teil des Batterie-Kompetenzclusters AQua (steht f\u00fcr: Analytik\/Qualit\u00e4tssicherung) gestartet ist. Daf\u00fcr betrachten sie zun\u00e4chst jeden Produktionsschritt, von den Ausgangsmaterialien bis zur fertigen Zelle, um m\u00f6gliche Fehlerquellen zu identifizieren. Anschlie\u00dfend soll der Umgang mit Fehlern bei laufender Produktion so optimiert und automatisiert werden, dass am Ende eine gleichbleibend hohe Qualit\u00e4t gew\u00e4hrleistet werden kann. <\/p>\n\n\n\n
\u201eBei der Produktion muss jeder Schritt sitzen. Alles ist aufeinander abgestimmt und jeder Fehler kann sich auf die sp\u00e4tere Performance der Zellen auswirken\u201c, sagt Professor Helmut Ehrenberg vom Institut f\u00fcr Angewandte Materialien (IAM-ESS) des KIT, der die Forschungsarbeiten koordiniert. \u201eDie Leistungsf\u00e4higkeit von Analytik und Qualit\u00e4tssicherung hat deshalb einen ma\u00dfgeblichen Einfluss auf G\u00fcte, Sicherheit und Kosten einer Zelle.\u201c Ihre L\u00f6sungsans\u00e4tze erarbeiten die Forschenden mit Methoden der integrierten Fertigungskontrolle und implementieren sie in die gesamte Prozesskette.<\/p>\n\n\n\n
Forschung an der automatischen Fehlererkennung<\/h5>\n\n\n\n
Um kritische Fehler im Produktionsprozess m\u00f6glichst fr\u00fch zu erkennen und um diese richtig zu interpretieren, arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den AQua-Projekten unter anderem nach dem Prinzip der Failure Mode and Effects Analysis (FMEA). \u201eDabei bringen wir Fehler gezielt und kontrolliert ein, um den Zusammenhang zwischen einer St\u00f6rung und den Auswirkungen auf die Zellen pr\u00e4zise zu quantifizieren\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Lea de Biasi, eine der Forscherinnen im Projekt. <\/p>\n\n\n\n
\u201eWenn wir nun spezifische Leistungskriterien als Qualit\u00e4tsziele definieren, k\u00f6nnen wir f\u00fcr alle relevanten Prozessschritte Toleranzgrenzen festlegen.\u201c Diese kommen dann direkt im Produktionsprozess zum Einsatz. Dazu entwickelt AQua auch Methoden, mit denen sich kritische Einflussgr\u00f6\u00dfen \u2013 etwa die Homogenit\u00e4t der Elektrodenbeschichtung oder die Restfeuchte der Komponenten zu Beginn des Zellbaus \u2013 in Echtzeit erfassen lassen. Bei der automatischen Fehlererkennung werden Zwischenprodukte unmittelbar nach dem jeweiligen Prozessschritt maschinell gepr\u00fcft und fehlerhafte St\u00fccke aussortiert. \u201eDabei sind au\u00dferdem R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Fehlerursachen m\u00f6glich\u201c, sagt de Biasi. \u201eSo k\u00f6nnen wir Prozessst\u00f6rungen fr\u00fchzeitig beseitigen und weitere Kosten durch Ausschuss vermeiden.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Dateninfrastruktur f\u00fcr einen schnellen Forschungstransfer<\/h5>\n\n\n\n
Erg\u00e4nzt wird die neue Forschungsplattform durch ein Begleitprojekt, das am KIT Dr. Michael Selzer vom Institut f\u00fcr Angewandte Materialien \u2013 Computational Materials Science (IAM-CMS) koordiniert. Hier geht es unter anderem um den Austausch der Plattform mit den anderen Batterie-Kompetenzclustern der \u201eForschungsfabrik Batterie\u201c sowie um Kooperationen mit der Industrie. Im Mittelpunkt steht aber der Aufbau einer Dateninfrastruktur: \u201eBei den Experimenten und gro\u00dfskaligen Simulationen im AQua-Projekt gewinnen wir gro\u00dfe Mengen an Daten, die durch spezifische Datenanalyseverfahren \u00fcber standardisierte Workflows ausgewertet werden m\u00fcssen\u201c, sagt Selzer. \u201eMit der Dateninfrastruktur schaffen wir einen nachhaltigen Zugang zu diesen Forschungsdaten und Analysewerkzeugen.\u201c Das sei ein entscheidender Beitrag zur Qualit\u00e4tssicherung und auch zum Forschungstransfer in Sachen Batteriefertigung, betont Professorin Britta Nestler vom IAM-CMS, die das Projekt als Expertin f\u00fcr Mikrostruktursimulation ma\u00dfgeblich unterst\u00fctzt. \u201eWir wollen in AQua ein umfassendes und prozess\u00fcbergreifendes Verst\u00e4ndnis daf\u00fcr erarbeiten, wie sich das Zusammenspiel von Materialien, Fertigungsschritten und elektrochemischen Besonderheiten auf Strukturen und Eigenschaften der Batterie auswirkt.\u201c<\/p>\n\n\n\n