KI für umweltfreundliche Batteriezellen

Das Forschungskonsortium verfolgt das Ziel, die Verfahren zur Produktion von Elektroden umweltfreundlicher, wirtschaftlicher und lösungsmittelfrei zu gestalten. Zu dem Forschungsverbund für umweltfreundliche Batteriezellen gehören neben dem ZSW das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM sowie das Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik IWS.

Das Projekt unter dem Namen „KontElPro“ (Kontinuierliche Elektrodenproduktion) fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil des Forschungsclusters „Intelligente Zellproduktion“ (InZePro) mit rund 1,8 Millionen Euro.

Batterien sind eine Schlüsseltechnologie – beispielsweise für die Elektromobilität. Doch bisher kommen hierfür die meisten Batterien aus Asien und nur wenige werden in Deutschland produziert. Um das zu ändern, will das Bundesforschungsministerium die Förderung der Batterieforschung neu ausrichten.

Die Forschungsaktivitäten des ZSW mit seinen Verbundpartnern gelten als Meilenstein für eine Batterieproduktion in Deutschland und Europa mit smarten, umweltschonenden sowie platz- und ressourcensparenden Elektrodenherstellungsverfahren. Das ZSW betreibt auch ein spezielles KI Labor für erneuerbare Energien.

Batteriezellen-Herstellung ohne Lösungsmittel

Bisher werden Batterieelektroden und -zellen überwiegend in Asien gefertigt. Dabei wird eine Elektrodenpaste auf eine dünne Metallfolie aufgetragen und anschließend das toxische Lösungsmittel der Paste in einem langen Trockenofen energieintensiv abgezogen. Im Projekt „KontElPro“ steht dagegen die lösungsmittelfreie Elektrodenfertigung durch Extrusion und anschließendem Trockentransferverfahren im Mittelpunkt. Dabei kommen keine toxischen Substanzen zum Einsatz und energieintensive Trocknungsverfahren sind ebenfalls nicht Bestandteil der Prozesskette. Dies ist ein Gewinn für Umwelt und Gesundheit.

KI ist optimiert umweltfreundliche Produktion

Künstliche Intelligenz (KI) ist die Grundlage für die Optimierung des neuen Herstellungsverfahrens. Durch die KI-gestützte Prozessleittechnik werden zusätzlich Zeit, Energie und Kosten eingespart. Die Künstliche Intelligenz soll somit zukünftig einen kostengünstigen Herstellungsprozess von Elektroden für umweltfreundliche Batteriezellen erlauben.

Das ZSW in Stuttgart wird dabei die selbstlernende KI zur Optimierung und Regelung der Einzelprozesse und des Gesamtfertigungsprozesses in der Elektrodenherstellung für Batteriezellen entwickeln. „Das ZSW forscht und arbeitet seit mehr als 20 Jahren im Bereich KI und Maschinellem Lernen. Hier können wir unsere Methodenkompetenz und unser Know-how für noch mehr Nachhaltigkeit in der Energiewende einbringen“, erklärt Maike Schmidt, Leiterin des Fachgebiets Systemanalyse am ZSW.

Kontinuierliche Batteriezellen-Produktion

Das Fraunhofer IFAM arbeitet in diesem Projekt an der Überwachung und Steuerung der Extrusionsprozesse zur kontinuierlichen Produktion von Batteriekomponenten. Die Trockentransferverfahren für lösungsmittelfreie Batterieelektroden entwickelt das Fraunhofer IWS, das auch den Prozess mit Funktionen zur Überwachung und Steuerung ausrüstet. Das Fraunhofer ICT entwickelt und programmiert eine Datenbank zur Erfassung der Prozessdaten und stellt die Schnittstellen zur KI-Entwicklung bereit.

Gleichzeitig will das Projekt die etablierten Prozesse um eine KI-basierte Inline-Prozesskontrolle und eine standortübergreifende, vernetzte Datenbank erweitern. Ziel ist es, Daten automatisiert auszuwerten und die Prozesse KI-gestützt zu modellieren, zu optimieren, zu steuern und zu überwachen. Bei Abweichungen greift die KI direkt in die Prozesssteuerung ein und regelt diese nach. So soll sie über den gesamten Prozessverlauf eine homogene und optimale Elektrodenqualität gewährleisten.

„Mit neuesten KI-Methoden können wir alle wichtigen Einflussfaktoren auf die Qualität der Elektroden schon während der Fertigung erfassen, bewerten, regeln und damit eine gleichbleibende hohe Qualität der Elektroden über die gesamte Prozessdauer sicherstellen“ erläutert Anton Kaifel. Er ist Teamleiter des Bereichs KI und Maschinelles Lernen am ZSW.

25.5.2021 | Quelle: ZSW | Solarserver
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