Moins de ferraille pour la transition énergétique

Jonas Witt | Siemens Inventors of the Year | Newcomer

Un coup d'œil sur la fabrication de batteries

Un homme en chemise noire se penche sur un ordinateur portable avec des autocollants « Battery Accelerator », tandis que deux autres hommes écrivent sur un tableau blanc en arrière-plan.

Les batteries lithium-ion ont une cathode en aluminium (- pôle) et une anode en cuivre (pôle +). Pendant la fabrication, de fines couches de matières actives — par exemple oxyde de lithium et de cobalt ou phosphate de fer de lithium — sont appliquées sur de longues bandes de feuilles de cuivre ou d'aluminium. Ces bandes d'électrodes sont coupées en petits segments, combinées, et enroulées autour ou empilées sur des cellules de batterie individuelles. « Le revêtement des feuilles métalliques est une étape critique du processus. Les couches actives doivent avoir une épaisseur uniforme sur toute la largeur de la feuille », explique Jonas. « Les erreurs ici sont la principale cause des cellules de batterie défectueuses. Les deux inventions qui sont reconnues nous aident à mieux comprendre et améliorer cette étape de production.

Un motif comme une empreinte digitale

Plus la cause d'une erreur peut être tracée avec précision, plus il est facile de développer des solutions - et cela vaut aussi pour la fabrication de batteries. L'équipe acherché un lien entre une cellule de batterie spécifique et les sections de bandes de papier cuivre/aluminium à partir desquelles elles ont été produites. « Avant, les données de production étaient attribuées à de longues bandes de matériel », explique Jonas. « Notre nouvelle procédure est plus précise et non invasive. Nous avons découvert que le motif de surface du matériau est unique pour les segments de revêtement individuels, comme une empreinte digitale. Toute différence dans les motifs des segments est si claire que pour une cellule de batterie spécifique, on peut suivre les segments exacts de feuille depuis lesquels ils ont été fabriqués, quand ils l'ont été, et les paramètres utilisés. Cette connaissance nous indique les anciens marquages obsolètes, et permet d'analyser quand et pourquoi tant ou si peu de déchets ont été produits.

Les mains utilisent des ciseaux pour couper un matériau sombre et flexible avec une ligne laser rouge dessus, pour la fabrication de composants de batterie.

Apprendre auprès des experts

Un homme à l'expression sérieuse se tient devant un mur blanc, vêtu d'une chemise noire et d'une veste noire.

L'étalonnage précis des machines de production est un facteur clé. « Les opérateurs de machines doivent suivre plusieurs mois de formation pour développer le bon instinct pour définir les paramètres du processus », explique Jonas. « De grandes quantités de ferraille sont souvent produites car ils ont négligé quelque chose. » C'est pourquoi Jonas et son équipe ont formé un modèle d'IA avec le comportement d'inspection d'un opérateur de machine hautement qualifié afin de développer un système qui fournit des recommandations pour une configuration optimale. « Un modèle d'IA bien formé est beaucoup plus rapide à reconnaître lorsque nous nous écartons trop de l'optimum », affirme Jonas. « Notre objectif dans un avenir proche est de pouvoir contrôler le processus de revêtement entièrement automatiquement afin de pouvoir réduire le taux de rebut des cellules de batterie d'environ 10%. Nous avons déjà des licences commerciales. »