Minder afval voor de energietransitie

Jonas Witt | Siemens-uitvinders van het jaar | Nieuwkomer

Een blik op de productie van batterijen

Een man in een zwart shirt leunt over een laptop met

Lithium-ionbatterijen hebben een aluminium kathode (- pool) en een koperen anode (+ pool). Tijdens de productie worden dunne lagen actieve materialen, zoals lithiumkobaltoxide of lithiumijzerfosfaat, aangebracht op lange strips van koper- of aluminiumfolie. Deze lange elektrodestroken worden in kleine segmenten gesneden, gecombineerd en rond afzonderlijke batterijcellen gedraaid of op afzonderlijke batterijcellen gestapeld. "Het coaten van de metaalfolies is een cruciale processtap. De actieve lagen moeten een uniforme dikte hebben over de gehele breedte van de folie", zegt Jonas. "Fouten zijn hier de hoofdoorzaak van slechte batterijcellen. De twee uitvindingen die worden erkend, helpen ons deze productiestap beter te begrijpen en te verbeteren."

Een patroon zoals een vingerafdruk

Hoe nauwkeuriger de oorzaak van een fout kan worden achterhaald, hoe makkelijker het is om oplossingen te ontwikkelen - en dit principe geldt ook voor de productie van batterijen. Jonas en zijn team zochten naar een manier om een verband te leggen tussen een specifieke batterijcel en de delen van de stroken van koper/aluminiumfolie waaruit ze zijn vervaardigd. "In het verleden werden productiegegevens toegewezen aan lange stroken materiaal", legt Jonas uit. "Onze nieuwe procedure is nauwkeuriger en niet-invasief. We hebben ontdekt dat het oppervlaktepatroon van het materiaal uniek is voor afzonderlijke coatingsegmenten, vergelijkbaar met een vingerafdruk. Eventuele verschillen in de patronen van de verschillende segmenten zijn zo duidelijk dat we voor een specifieke batterijcel vervolgens de exacte foliesegmenten kunnen volgen waaruit ze zijn vervaardigd, wanneer ze zijn vervaardigd en de instellingen die zijn gebruikt. Met deze kennis hebben we niet alleen de oude markeringen overbodig gemaakt, maar kunnen we ook analyseren wanneer en waarom er zo veel of zo weinig afval werd geproduceerd, nauwkeuriger dan ooit tevoren."

Handen gebruiken een schaar om donker, flexibel materiaal te snijden met een rode laserlijn erop, voor de fabricage van batterijonderdelen.

Leren van de experts

Een man met een ernstige uitdrukking staat voor een witte muur, gekleed in een zwart shirt en een zwarte jas.

De nauwkeurige kalibratie van productiemachines is een belangrijke factor. "Machineoperators moeten over het algemeen enkele maanden worden opgeleid om een goed gevoel te ontwikkelen voor het optimaal instellen van de procesparameters", zegt Jonas. "Er worden vaak grote hoeveelheden afval geproduceerd omdat ze iets over het hoofd hebben gezien." Daarom hebben Jonas en zijn team een AI-model getraind op basis van het inspectiegedrag van een zeer bekwame machineoperator om een systeem te ontwikkelen dat aanbevelingen geeft voor een optimale configuratie tijdens het gebruik. "Op basis van de operationele gegevens herkent een goed getraind AI-model veel sneller wanneer we te ver van het optimum afwijken", bevestigt Jonas. "Ons doel voor de nabije toekomst is om het coatingproces volautomatisch te kunnen regelen, zodat we het afvalpercentage voor batterijcellen met ongeveer tien procent kunnen verminderen. We hebben al commerciële licenties verkregen."