Institutul de cercetare Fraunhofer – cercetare pentru o producție mai eficientă a celulelor de baterii
Senzorul de viziune 2D Dualis de la ifm supraveghează îndeaproape producția de electrozi
Electromobilitatea continuă să progreseze rapid la nivel mondial. Numai între 2020 și 2023, procentul de vehicule electrice înmatriculate a crescut de la sub 5% la un procent de aproximativ 18% – iar tendința este clar în creștere.
Cu toate acestea: pentru ca tranziția preconizată către electromobilitate să se realizeze pe deplin, este necesar în special de un lucru: o capacitate sporită de producție a bateriilor puternice – și asta foarte curând. Reprezentând legătura dintre știință, cercetare și industrie, Institutul de cercetare Fraunhofer pentru producția de celule de baterii FFB intenționează să contribuie la accelerarea dezvoltării de noi formate de celule puternice.
Obiectivul pentru Europa a fost stabilit: UE își propune să dețină în viitor un rol mai important pe piața producției de celule de baterii și și-a stabilit obiectivul de a îmbunătăți considerabil eficiența producției până în anul 2030. Printre altele, acest obiectiv prevede și reducerea numărului de rebuturi la mai puțin de cinci procente – un demers ambițios, după cum explică Fabian Kux, cercetător asociat (Asigurarea calității) la Fraunhofer FFB: „Ratele de respingere sunt încă vizibil ridicate de-a lungul întregului lanț al procesului de producție a bateriilor la nivel mondial.” Fabricile bine ajustate produc în jur de 10 la sută de rebuturi; acest procent poate fi chiar mai mare în timpul etapei de lansare. „Prin urmare, scopul nostru este de a accelera fabricarea de celule de baterii inovatoare și, mai presus de toate, eficiente”, declară Kux.
Asigurarea calității cu ajutorul senzorilor de viziune 2D
FFB recunoaște deja rolul important al tehnologiei de automatizare. „Un element important al cercetărilor noastre este acela de a descoperi modul în care tehnologia senzorilor poate contribui la îmbunătățirea calității produselor și a eficienței etapelor individuale ale procesului.” În cadrul unui proiect comun cu ifm, Kux și echipa sa testează posibilitățile de utilizare a senzorului de viziune 2D Dualis, de exemplu. Dualis verifică contururile și suprafețele și compară starea reală cu valorile specificațiilor vizate. Acest lucru permite detectarea corectă a celor mai mici discrepanțe la nivel de detalii, precum lipsa clemelor de fixare sau filetele deformate. În plus, pot fi analizate dimensiunile suprafețelor, cum ar fi – în acest caz specific de utilizare – cele ale suspensiei, o pastă de materiale active, aditivi conductori, solvenți și agenți de legare, care au fost aplicată. Senzorul de viziune recunoaște în mod eficient o utilizare defectuoasă și transmite un mesaj de eroare. Procesul poate fi astfel reajustat pentru a evita alte rebuturi și pentru a menține un nivel înalt de calitate a produsului în procesul de fabricație. Integrarea senzorului de viziune este extrem de simplă: senzorul de viziune 2D poate fi parametrizat pentru majoritatea cazurilor de utilizare prin intermediul funcției de învățare a software-ului gratuit ifm Vision Assistant și a asistenților săi de parametrizare în doar câteva clicuri.
Trei utilizări pentru Dualis
„În urma consultării cu specialistul în automatizare ifm, am identificat trei scenarii de utilizare pentru care Dualis poate fi folosit”, explică Kux. „Prima utilizare implică detectarea defectelor în suspensia de electrozi proaspăt aplicată pe suprafața substratului de peliculă. Contaminarea sau zonele omise vor avea un efect negativ asupra siguranței și performanței celulei și, prin urmare, trebuie identificate ca rebuturi”, declară Kux. „În același timp, sunt verificate și dimensiunile stratului de acoperire. În procesul de aplicare continuă, se măsoară lățimea peliculei; în procesul de aplicare intermitentă, se măsoară și lungimea.”
La începutul procesului de producție, senzorul de viziune Dualis (O2D5) monitorizează aplicarea suspensiei. Institutul de cercetare Fraunhofer testează și monitorizarea pe ambele părți.
Întotdeauna înfășurat cu precizie
În cazul în care sunt acoperite ambele fețe ale unei pelicule, un al doilea Dualis este utilizat pentru a inspecta partea inferioară.
„În acest caz, trebuie să ne asigurăm că suspensia este aplicată pe ambele părți în egală măsură pentru a garanta calitatea necesară.” În cel de-al treilea scenariu, Dualis inspectează marginea peliculei și a stratului de acoperire. „Suspensia umedă este aplicată pe peliculă și apoi trece printr-un proces de uscare. Pelicula de electrod acoperită și uscată este apoi înfășurată. În caz contrar, o încărcătură neregulată poate deteriora pelicula și stratul de acoperire.
Imaginea 1: Golurile din stratul de acoperire cu suspensie duc la respingere și este obligatoriu ca acestea să fie identificate. Senzorul de viziune Dualis de la ifm indică acest defect, ajutând astfel la menținerea la minimum a ratelor de respingere.
Imaginea 2: De asemenea, Dualis identifică în mod fiabil neregularitățile sau buzunarele din suspensia aplicată, asigurând calitatea și productivitatea ridicată.
De la dublura digitală la pașaportul bateriei
Datele senzorilor de viziune pot fi utilizate nu doar pentru a reduce rata de respingere într-un stadiu incipient și pentru a asigura calitatea. Din 2026, va fi obligatoriu ca toate bateriile nou produse să aibă un pașaport al bateriei. Acesta va conține informații nu numai despre lanțul de aprovizionare și materiile prime noi sau reciclate utilizate, ci și despre performanța și sănătatea bateriei. „Toate datele pe care senzorii le înregistrează de-a lungul întregului proces de producție pot fi transferate în dublura digitală. Această dublură poate fi utilizată ulterior pentru a crea cu ușurință pașaportul bateriei.”
Un exemplu bun de parteneriat de succes
Fraunhofer FFB se află încă în faza inițială. În viitor, locația din Münster va oferi capacitatea necesară pentru o producție de mare volum, la scară industrială. „Acest lucru ne permite să producem baterii la un randament ridicat pentru a testa împreună cu partenerii din industrie noile tehnologii în cadrul proiectelor de cercetare, în condiții reale. Astfel, colaborarea cu ifm este un bun exemplu al modului în care putem testa, optimiza și crește la scară largă tehnologiile de producție a celulelor de baterii ale viitorului alături de partenerii noștri.
Concluzie
În parteneriat cu Institutul de cercetare Fraunhofer pentru producția de celule de baterii FFB, ifm își poate testa senzorul de viziune Dualis 2D în condiții reale. În viitor, cunoștințele rezultate vor fi în folosul tuturor: Fraunhofer FFB, ifm, producătorii de celule de baterii și electromobilitate în ansamblu.
