Fraunhofer Research Institution – Forskning på mer effektiv battericelleproduksjon
Dualis 2D-synssensoren fra ifm holder nøye øye med elektrodeproduksjonen
Elektromobilitet fortsetter sin raske utvikling over hele verden. Bare mellom 2020 og 2023 økte andelen registrerte elbiler fra under fem prosent til anslagsvis 18 prosent – og trenden er klart økende.
Men: hvis den tiltenkte mobilitetsovergangen skal fullføres fullt ut, er det spesielt én ting som kreves: økt kapasitet i produksjonen av kraftige batterier – og veldig snart også. Som bindeleddet mellom vitenskap, forskning og industri har Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB til hensikt å bidra til å sikre at utviklingen av nye, kraftige celleformater akselereres.
Målet for Europa er satt: EU har som mål å spille en viktigere rolle i battericelleproduksjonsmarkedet i fremtiden, og har satt seg som mål å forbedre produksjonseffektiviteten betydelig allerede i 2030. Dette skal inkludere reduksjon av avfall til under fem prosent – et ambisiøst foretak, som Fabian Kux, Forskningsmedarbeider (Kvalitetssikring) ved Fraunhofer FFB, presiserer: "Avfallsratene er fortsatt merkbart høye langs hele batteriproduksjonsprosessen over hele verden." Veltilpassede anlegg produserer rundt 10 prosent avfall; denne prosentandelen kan være enda høyere i opptrappingsfasen. "Derfor er målet vårt å akselerere produksjonen av innovative og fremfor alt effektive battericeller," sier Kux.
Kvalitetssikring ved hjelp av 2D visjonssensorer
FFB tillegger allerede en viktig rolle til automatiseringsteknologi. "Et viktig element i forskningen vår er å finne ut hvordan sensorteknologi kan bidra til å forbedre kvaliteten på produktene og effektiviteten til de enkelte prosesstrinnene." Innenfor rammen av et felles prosjekt med ifm, tester Kux og hans team mulighetene for å bruke synssensoren Dualis 2D, for example. Dualis kontrollerer konturer og overflater og sammenligner den faktiske tilstanden med målspesifikasjonen. Dette muliggjør pålitelig deteksjon av de minste forskjeller i detaljer, for eksempel manglende holdeklemmer eller misdannede gjenger. I tillegg kan overflatedimensjoner analyseres, slik som – i dette spesifikke brukstilfellet – de av slurryen, en pasta av aktive materialer, ledende tilsetningsstoffer, løsemidler og bindemidler, som har blitt påført. Synssensoren gjenkjenner pålitelig en defekt applikasjon og sender ut en feilmelding. Prosessen kan deretter justeres på nytt for å unngå ytterligere avfall og for å opprettholde et høyt produktkvalitetsnivå i produksjonsprosessen. Det er ekstremt enkelt å integrere synssensoren: 2D-synssensoren kan parametriseres for de fleste brukstilfeller ved hjelp av undervisningsfunksjonen til den gratis ifm-programvaren Vision Assistant og dens parameteriserende assistenter og noen få museklikk.
Tre bruksområder for Dualis
"I samråd med automasjonsspesialisten ifm identifiserte vi tre bruksområder som Dualis kan brukes til," forklarer Kux. "Det første bruksområdet innebærer å oppdage defekter i den nylig påførte elektrodeslurryen på overflaten av filmsubstratet. Du skjønner, forurensning eller udekkede områder vil ha en negativ effekt på sikkerheten og ytelsen til cellen og må derfor identifiseres som avfall," sier Kux. "Dimensjonene på belegget kontrolleres samtidig. I en kontinuerlig påføringsprosess måles filmens bredde; i en intermitterende applikasjonsprosess, måles også lengden."
I begynnelsen av produksjonsprosessen overvåker synssensoren Dualis (O2D5) påføringen av slurryen. Dobbeltsidig overvåking testes også ved Fraunhofer Research Institution.
Alltid nøyaktig viklet
Hvis begge sider av en film belegges, brukes en andre Dualis for å inspisere undersiden.
"I dette tilfellet må vi sørge for at slurry påføres på begge sider i like stor grad for å garantere den nødvendige kvaliteten." I det tredje scenariet inspiserer Dualis kanten på filmen og belegget. "Våt slurry påføres filmen og går deretter gjennom en tørkeprosess. Den belagte, tørkede elektrodefilmen vikles deretter opp. Ellers kan den uregelmessige belastningen skade filmen og belegget.
Bilde 1: Hull i slurrybelegget resulterer i avvisning, og det er viktig at de blir identifisert. Ifms synssensor Dualis indikerer denne defekten, og bidrar dermed til å holde avfallsraten på et minimum.
Bilde 2: Dualis identifiserer også pålitelig uregelmessigheter eller lommer i den påførte slurryen, og sikrer kvalitet og høy produktivitet.
Fra den digitale tvillingen til batteripasset
Synssensordataene kan ikke bare brukes til å redusere avvisningshastigheten på et tidlig stadium og sikre kvalitet. Fra 2026 vil det være obligatorisk for alle nyproduserte batterier å ha et batteripass. Dette vil inneholde informasjon ikke bare om forsyningskjeden og de nye eller resirkulerte råvarene som brukes, men også om batteriets ytelse og tilstand. "Alle dataene som sensorene registrerer langs hele produksjonsprosessen, kan overføres til den digitale tvillingen. Dette kan deretter brukes til å enkelt opprette batteripasset."
Et godt eksempel på et vellykket partnerskap
Fraunhofer FFB er fortsatt i oppstartsfasen. I fremtiden vil Münster-lokasjonen gi kapasitet for produksjon i stort volum og industriell skala. "Dette er ment å gjøre det mulig for oss å produsere batterier med høy gjennomstrømning for å i fellesskap teste ny teknologi med partnere i industrien i forskningsprosjekter under virkelige forhold. Samarbeidet med ifm er dermed et godt eksempel på hvordan vi kan teste, optimalisere og oppskalere fremtidens battericelleproduksjonsteknologier med våre partnere.
Avslutning
I samarbeid med Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB kan ifm teste sin synssensor Dualis 2D under virkelige forhold. I fremtiden vil den resulterende innsikten hjelpe alle: fraunhofer FFB, ifm, battericelleprodusenter og elektromobilitet som helhet.
