Menos sucata para a transição energética

Jonas Witt | Inventores do Ano da Siemens | Recém-chegado

Um olhar sobre o fabrico de baterias

A man in a black shirt leans over a laptop with

As baterias de iões 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 ferro-lítio — são aplicadas a longas tiras de folha de cobre ou alumínio. Estas longas tiras de eléctrodos são cortadas em pequenos segmentos, combinadas e enroladas ou empilhadas em células de bateria individuais. “O revestimento das folhas de metal é uma etapa crítica do processo. As camadas ativas precisam ter uma espessura uniforme em toda a largura da folha”, diz Jonas. “Os erros aqui são a principal causa de células de bateria defeituosas. As duas invenções que estão a ser reconhecidas estão a ajudar-nos a compreender e melhorar melhor esta 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 este princípio também se aplica ao fabrico de baterias. O Jonas e a sua equipa procuraram uma forma de estabelecer uma ligação entre uma célula de bateria específica e as secções de tiras de folha de cobre/alumínio a partir das quais foram produzidas. “No passado, os dados de produção eram atribuídos a longas tiras de material”, explica Jonas. “O nosso novo procedimento é mais preciso e não invasivo. Descobrimos que o padrão de superfície do material é único 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 foram fabricados, quando foram fabricados e as configurações que foram usadas. Com este conhecimento, não só tornámos obsoletas as marcações antigas, mas também podemos analisar quando e porque é que tanto ou tão pouco lixo foi produzido 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.

Aprender 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 têm de passar por vários meses de formação para desenvolver uma sensação adequada para definir de forma ideal os parâmetros do processo”, diz Jonas. “Muitas vezes são produzidas grandes quantidades de sucata porque esqueceram alguma coisa.” É por isso que o Jonas e a sua equipa treinaram um modelo de IA com o comportamento de inspecção de um operador de máquina altamente qualificado, a fim de desenvolver um sistema que fornece recomendações para a configuração ideal durante a operação em curso. “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. “O nosso objetivo 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.”