Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Batterie-Attest:»Batterien analysieren und nachhaltig testen«

Motivation des Projekts

Um die Batteriewertschöpfungskette in eine Kreislaufwirtschaft zu transformieren und den Ausschuss zu minimieren, ist die Identifikation der einzelnen Komponentenmaterialien während des Produktionsprozesses und zum Lebensende der Batteriezelle entscheidend. Im Rahmen des  Projektes »Batterie-Attest« sollen die Untersuchungsmöglichkeiten, welche sich durch neuste Entwicklungen in der CT-Technologie ergeben, dazu genutzt werden, die Batteriezellfertigung und das Recycling nachhaltiger zu gestalten. 

Das neuartige Dual-Energy-CT kann die Zusammensetzung gängiger Kathodenmaterialien, z.B. Lithium-Nickel-Mangan-Cobaldoxide, sicher ermitteln. In klassisch integrierten CT-Bildern, wie sie zuvor üblich waren, wären die nur leicht abweichenden Materialunterschiede nicht ersichtlich.

Kurzbeschreibung

 

Das Projekt verfolgt das Ziel des Förderschwerpunkts Green Battery, einen nachhaltigen und geschlossenen Stoffkreislauf für Batteriematerialien über den gesamten Lebenszyklus zu etablieren und eine kreislauffähige Batteriezellenproduktion zu ermöglichen. Dabei spielt die zuverlässige Qualitätssicherung der Batteriezellen eine zentrale Rolle. Als Methode zur zerstörungsfreien Materialprüfung wird die röntgenbasierte Computertomographie (CT) eingesetzt, gerade aufgrund ihrer Fähigkeit, innere Strukturen dreidimensional sichtbar zu machen.

Die drei Schwerpunkte des Vorhabens sind:

  1. Erstellung von detaillierten Nutzenanforderungen
  2. Produktion und Bereitstellung von Referenz- und Defektzellen
  3. Demonstration und Evaluierung: Aufbau eines Demonstrators in der »FFB PreFab«

Die Umsetzung des Projektes erfolgt in Zusammenarbeit verschiedener Partner. VisiConsult realisiert den technischen Aufbau des Inline-CT-Systems, die Fraunhofer FFB definiert die Anforderungen an die Prüfprotokolle und stellt Batterietestzellen zur Verfügung. Das Fraunhofer IMTE entwickelt die Rekonstruktions- und Auswertesoftware. Übergeordnetes Ziel ist es, die Herstellung und das Recycling von Batteriezellen nachhaltiger zu gestalten, indem die Möglichkeiten der neuesten CT-Technologie genutzt werden.

Herangehensweise

  1. Erstellung einer detaillierten Nutzeranforderung.
  2. Fertigung von Pouch-Batteriezellen zur Erprobung des Demonstrators.
  3. Feinkonzept und prototypische Realisierung eines Hochgeschwindigkeits-CT-Systems und einer prototypischen Methode zur Bestimmung des Kathodenmaterials.
  4. Hard-und Softwareumsetzung der Rekonstruktion und Auswertung.
  5. Zusammenführung von CT-System und Hard- und Software
  6. Verkettung von Demonstrator mit einem Kreisförderer, sodass die Evaluierung im laufenden Betrieb durchgeführt werden kann. Anlagenintegration und Inbetriebnahme.

Kernaufgaben der Fraunhofer FFB

  • Anforderungsdefinition
  • Bereitstellung Referenz- & Defektzellen
  • Evaluierung des Demonstrators
  • Beteiligte Bereiche/Gruppen der FFB:
  • Qualitätssicherung: Interne Leitung, Koordination & Bearbeitung
  • Qualitätsmanagement: Anforderungsdefinition sowie Versuchsplanung
  • Verfahrenstechnik: Durchführung Defektintegration
  • Digitalisierung: Anbindung digitale Infrastruktur
  • Assemblierung: Anforderungsdefinition, Auslegung für anschließende Integration in Fab
  • Zelldesign: Anforderungsdefinition

Ergebnisverwertung

Ziel des Projektes ist eine umfassende Stärkung der messtechnischen Infrastruktur und damit einhergehend die Entwicklung eines innovativen Qualitätssicherungskonzeptes für die Batterieformierung, zunächst vor allem für Pouchzellen. Die wichtigste Komponente hierfür ist ein Hochgeschwindigkeits-Inline-CT mit bahnbrechenden Inspektionsmöglichkeiten. Dieser Schritt ermöglicht nicht nur eine verbesserte Qualitätssicherung, sondern eröffnet auch die Möglichkeit einer nahtlosen Integration in die FFB-Fabrik. 

Die erzielten Fortschritte ermöglichen auch die Qualifizierung für Rundzellen. Durch die Prozessevaluierung für innovative Produktionsverfahren konnten gezielte Recycling-Zuführungen implementiert und damit ein wichtiger Beitrag zur Nachhaltigkeit geleistet werden. 

Besonderes Augenmerk wurde auf den wissenschaftlichen Output gelegt, der nicht nur für die FFB, sondern auch für die Batterieproduktionsindustrie im weiteren Sinne Erkenntnisse generiert. Dies bildet die Grundlage für die Beantwortung von qualitätsbezogenen Fragestellungen, einschließlich Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen und technisch-wissenschaftlichen Sachverhalten (TecSa). 

Die erzielten Ergebnisse dienen auch der Demonstration der Innovationsfläche FFB und adressieren wichtige Fragestellungen in der Batterieproduktion. Die Nutzung der einzigartigen Infrastruktur und der Alleinstellungsmerkmale der FFB unterstreicht den Industriebezug unserer Arbeiten und schafft einen erheblichen Mehrwert für die gesamte Branche. Damit haben wir nicht nur technologische Fortschritte erzielt, sondern auch einen wichtigen Beitrag für die Zukunft der Batterieproduktion geleistet. 

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