Fraunhofer Research Institution - investigação sobre a produção mais eficiente de células de bateria
O sensor de visão Dualis 2D da ifm acompanha de perto o fabrico dos elétrodos
A electro mobilidade continua a acelerar à escala mundial. Só entre 2020 e 2023, a percentagem de veículos elétricos registados aumentou de menos de cinco por cento para uma estimativa de 18 por cento - e a tendência é claramente crescente.
No entanto: para que a transição para a mobilidade pretendida seja plenamente realizada, é necessário um fator em particular: maior capacidade na produção de baterias potentes - e muito em breve. Como elo de ligação entre a ciência, a investigação e a indústria, a Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB pretende contribuir para garantir que o desenvolvimento de novos e potentes formatos de células seja acelerado.
O objetivo para a Europa já foi fixado: a UE pretende desempenhar um papel mais importante no mercado de produção de células de bateria no futuro e estabeleceu o objetivo de melhorar consideravelmente a eficiência da produção já em 2030. Isto inclui a redução das rejeições para menos de cinco por cento - uma tarefa ambiciosa, como esclarece Fabian Kux, Investigador Associado (Garantia de Qualidade) na Fraunhofer FFB: "As taxas de rejeição continuam a ser visivelmente elevadas ao longo de toda a cadeia do processo de produção de baterias a nível mundial". As fábricas adequadamente ajustadas produzem cerca de 10 por cento de resíduos; esta percentagem pode ser ainda mais elevada durante a fase de arranque. "Por isso, o nosso objetivo é acelerar o fabrico de células de bateria inovadoras e, sobretudo, eficientes", afirma Kux.
Garantia de qualidade utilizando sensores de visão 2D
A FFB já atribui um papel importante à tecnologia de automação. "Um elemento importante da nossa investigação é descobrir como os sensores podem ajudar a melhorar a qualidade dos produtos e a eficiência das etapas individuais do processo." No âmbito de um projeto conjunto com a ifm, Kux e a sua equipa estão a testar as possibilidades de utilização do sensor de visão Dualis 2D, por exemplo. O Dualis verifica contornos e superfícies e compara o estado atual com a especificação do objetivo. Isto permite a deteção fiável das mais pequenas diferenças nos detalhes, tais como grampos de retenção em falta ou roscas malformadas. Além disso, podem ser analisadas as dimensões da superfície, tais como - neste caso específico - as da película, uma pasta de materiais ativos, aditivos condutores, solventes e agentes de ligação, que foi aplicada. O sensor de visão reconhece de forma fiável uma aplicação defeituosa e emite uma mensagem de erro. O processo pode então ser reajustado para evitar mais rejeições e para manter um elevado nível de qualidade do produto no processo de fabrico. A integração do sensor de visão é extremamente simples: O sensor de visão 2D pode ser parametrizado com alguns cliques para a maioria dos casos de utilização através da função de aprendizagem do software gratuito ifm Vision Assistant e dos seus assistentes de parametrização.
Três aplicações para o Dualis
"Em consulta com o especialista em automação ifm, identificámos três aplicações para as quais o Dualis pode ser utilizado", explica Kux. "A primeira aplicação consiste em detetar defeitos na camada de elétrodos recém-aplicada na superfície da película de substrato. Como vê, a contaminação ou as áreas em falta terão um efeito negativo na segurança e no desempenho da célula e devem, portanto, ser identificadas como desperdício", diz Kux. "As dimensões do revestimento são verificadas ao mesmo tempo. Num processo de aplicação contínua, a largura da película é medida; num processo de aplicação intermitente, o comprimento também é medido".
No início do processo de produção, o sensor de visão Dualis (O2D5) monitoriza a aplicação do produto. A monitorização bilateral também está a ser testada na Fraunhofer Research Institution.
Sempre com um acabamento preciso
Se ambas as faces de uma película estiverem a ser revestidas, é utilizado um segundo Dualis para inspecionar a parte inferior.
"Neste caso, temos de garantir que o revestimento é aplicado em ambos os lados em igual medida, de modo a garantir a qualidade necessária." No terceiro cenário, o Dualis inspeciona a extremidade da película e do revestimento. " O revestimento húmido é aplicado na película e depois passa por um processo de secagem. A película de elétrodo revestida e seca é então enrolada. Caso contrário, a carga irregular pode danificar a película e o revestimento.
Imagem 1: As lacunas no revestimento levam à rejeição e é imperativo que sejam identificadas. O sensor de visão Dualis da ifm indica este defeito, ajudando assim a manter a taxa de rejeição no mínimo.
Imagem 2: O Dualis também identifica de forma fiável irregularidades ou bolsas no revestimento aplicado, garantindo qualidade e elevada produtividade.
Da cópia digital ao passaporte de bateria
Os dados do sensor de visão podem ser utilizados não só para reduzir a taxa de rejeição numa fase inicial e garantir a qualidade. A partir de 2026, será obrigatório que todas as baterias recém-produzidas tenham um passaporte de bateria. Esta conterá informações não só sobre a cadeia de abastecimento e as matérias-primas novas ou recicladas utilizadas, mas também sobre o desempenho e a saúde da bateria. "Todos os dados que os sensores registam ao longo de todo o processo de produção podem ser transferidos para uma cópia digital. Isto pode então ser utilizado para criar facilmente o passaporte da bateria".
Um bom exemplo de uma parceria bem-sucedida
A Fraunhofer FFB está ainda em fase de arranque. No futuro, as instalações de Münster oferecerão uma capacidade de produção em grande escala industrial. "O objetivo é permitir-nos produzir baterias com um elevado rendimento, a fim de testar conjuntamente novas tecnologias com parceiros da indústria em projetos de investigação em condições reais. A colaboração com a ifm é, portanto, um bom exemplo de como podemos testar, otimizar e aumentar a escala das tecnologias de fabrico de células de bateria do futuro com os nossos parceiros.
Conclusão
Em parceria com a Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB, a ifm pode testar o seu sensor de visão Dualis 2D em condições reais. No futuro, os conhecimentos resultantes ajudarão todos os interessados: a Fraunhofer FFB, a ifm, os fabricantes de células de bateria e a electro mobilidade no seu conjunto.
