Menos desperdício para a transição energética

Jonas Witt | Inventores do Ano da Siemens | Revelação

Visão geral da manufatura de baterias

Um homem de camisa preta se inclina sobre um laptop com adesivos “Battery Accelerator”, enquanto outros dois homens escrevem em um quadro branco ao fundo.

As baterias de íon de lítio têm um cátodo de alumínio (polo -) e um ânodo de cobre (polo +). Durante a manufatura, 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 nesta etapa são a principal causa de células de bateria defeituosas. As duas invenções que estão sendo reconhecidas estão nos ajudando a entender e a melhorar 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 marcações antigas obsoletas, mas também podemos analisar quando e por que tantos ou tão poucos resíduos foram produzidos com mais precisão do que nunca.”

As mãos usam uma tesoura para cortar um material escuro e flexível com uma linha laser vermelha, para fabricação de componentes de bateria.

Aprenda com especialistas

Homem com uma expressão séria vestindo uma camisa preta e uma jaqueta preta em frente a uma parede branca.

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 o tato necessário para ajustar de forma ideal os parâmetros do processo”, diz Jonas. “Grandes quantidades de desperdício são frequentemente 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 refugo de células da bateria em cerca de dez por cento. Já obtivemos licenças comerciais.”