Menos desperdício para a transição energética

Jonas Witt | Inventores do Ano da Siemens | Novato

Um olhar sobre a fabricação de baterias

A man in a black shirt leans over a laptop with

As baterias de íon de lítio têm um cátodo de alumínio (pólo -) e um ânodo de cobre (pólo +). Durante a fabricação, camadas finas de materiais ativos — por exemplo, óxido de lítio-cobalto ou fosfato de lítio e ferro — são aplicadas em tiras longas de cobre ou alumínio. Essas longas tiras de eletrodo são cortadas em pequenos segmentos, combinadas e enroladas ou empilhadas em células de bateria individuais. “O revestimento das películas metálicas é uma etapa crítica do processo. As camadas ativas precisam ter uma espessura uniforme em toda a largura da película”, diz Jonas. “Os erros aqui são a principal causa de células de bateria defeituosas. As duas invenções que estão sendo reconhecidas estão nos ajudando a entender e melhorar melhor essa etapa de produção.”

Um padrão como uma impressão digital

Quanto mais precisamente a causa de um erro puder ser rastreada, mais fácil será desenvolver soluções — e esse princípio também se aplica à fabricação de baterias. Jonas e sua equipe procuraram uma maneira de estabelecer uma ligação entre uma célula de bateria específica e as seções de tiras de cobre e alumínio a partir das quais elas foram produzidas. “No passado, os dados de produção eram atribuídos a longas faixas de material”, explica Jonas. “Nosso novo procedimento é mais preciso e não invasivo. Descobrimos que o padrão da superfície do material é exclusivo para segmentos de revestimento individuais, semelhante a uma impressão digital. Quaisquer diferenças nos padrões dos diferentes segmentos são tão nítidas que, para uma célula de bateria específica, podemos posteriormente rastrear os segmentos exatos da folha a partir dos quais eles foram fabricados, quando foram fabricados e as configurações que foram usadas. Com esse conhecimento, não apenas tornamos as marcas antigas obsoletas, mas também podemos analisar quando e por que tantos ou tão poucos resíduos foram produzidos com mais precisão do que nunca.”

Hands use scissors to cut a dark, flexible material with a red laser line on it, for battery component fabrication.

Aprendendo com os especialistas

A man with a serious expression is standing in front of a white wall, wearing a black shirt and a black jacket.

A calibração precisa das máquinas de produção é um fator chave. “Os operadores de máquinas geralmente precisam passar por vários meses de treinamento para desenvolver uma sensação adequada para definir de forma ideal os parâmetros do processo”, diz Jonas. “Muitas vezes, grandes quantidades de sucata são produzidas porque esqueceram alguma coisa.” É por isso que Jonas e sua equipe treinaram um modelo de IA com o comportamento de inspeção de um operador de máquina altamente qualificado para desenvolver um sistema que forneça recomendações para a configuração ideal durante a operação contínua. “Com base nos dados operacionais, um modelo de IA bem treinado é muito mais rápido em reconhecer quando nos desviamos muito do ideal”, afirma Jonas. “Nossa meta para o futuro próximo é poder controlar o processo de revestimento de forma totalmente automática, para que possamos reduzir a taxa de sucata das células da bateria em cerca de dez por cento. Já obtivemos licenças comerciais.”