Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für E-Mobilität und die Energiewende insgesamt. Weltweit steigt daher die Nachfrage – und auch die Produktion. Allerdings kommen die meisten Akkus immer noch aus Asien. Um die Zellfertigung in Deutschland und Europa voranzubringen, werden neue Technologien für die Massenproduktion gebraucht. Im Forschungsprojekt „IntelliSpin“ setzt die Hochschule Landshut gemeinsam mit der Technischen Universität München genau hier an.
Wie aus einer Mitteilung hervorgeht, forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger vom Technologiezentrum Energie in Ruhstorf a. d. Rott an einer neuen Technologie, die mittels Elektrospinning und Künstlicher Intelligenz die Herstellung von Batterien flexibler gestaltet und Kosten reduziert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben im Rahmen des Clusters „Intelligente Zellproduktion“ mit insgesamt 888.000 Euro.
Die Idee des Forscherteams ist, mithilfe von Elektrospinning bisher nicht-laminierbare Elektroden laminierbar zu machen und damit die Flexibilität in der Fertigung zu erhöhen. Pettinger ist sich sicher: „Wenn wir es schaffen, diese Technologie zu automatisieren und in die Prozesse der Industrie 4.0 zu integrieren, dann stärkt das den Wettbewerb von Unternehmen gegenüber großindustriellen Anlagen enorm. Damit unterstützen wir die Industrie, Investitionsentscheidungen zugunsten von Produktionsanlagen in Deutschland und Europa zu tätigen.“
Beim Laminieren werden abwechselnd positive und negative Elektroden mit dazwischen liegenden Separatoren übereinander geschichtet und im Anschluss daran mit einer Folie versiegelt, heißt es in der Mitteilung. Aufgrund ihrer dünnen und leichten Bauweise sind laminierte Zellen flexibel in der Formgebung, liefern jedoch trotzdem viel Strom. Elektroden-Rezepturen, die auf Wasser basieren und daher sehr umweltverträglich sind, können bis jetzt nicht laminiert werden. Das will das Projektteam nun ändern, indem es auf diese Elektroden eine hauchdünne Schicht eines Spezial-Polymers aufträgt.
„Dies geschieht mithilfe von automatisiertem Elektrospinning“, so der Landshuter Professor. Dabei werden chemische Materialien in feinste Fasern mit Durchmessern von wenigen Mikro- oder Nanometern versponnen. Die Forschenden sprühen dazu eine chemische Lösung in ein elektrisches Feld. Die Lösung wird von der Gegenelektrode angezogen und beschleunigt. Während dieses Prozesses verdunstet das Lösungsmittel und es bilden sich Nanofasern, die bis zu 1000 Mal dünner als ein menschliches Haar sind und sich wie eine Art Vlies ablagern.
Unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz wird dieses Verfahren schließlich mit einer bestehenden Fertigungslinie vernetzt. Die Folge seien geringere Ausschuss-Raten, eine flexiblere Produktion sowie eine höhere Qualität und damit längere Lebensdauer der Zellen.
Im Projekt IntelliSpin kombinieren die Hochschule Landshut und die Technische Universität München ihre Kernkompetenzen in der Batterieproduktion, heißt es in der Mitteilung weiter. So zähle etwa die teilautomatische Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen zur Hauptexpertise der Niederbayern. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswirtschaft der TU München erarbeite hingegen die Steuerungskonzepte und übernehme die Analysen von Prozessen sowie die Entwicklung der KI-Modelle.
Quelle: Hochschule Landshut – Pressemitteilung vom 11. August 2021
