Скорочення відходів унаслідок переходу до енергетичної безпеки

Йонас Вітт (Jonas Witt) | Винахідники року Siemens | Нові обличчя

Погляд на виробництво акумуляторів

Чоловік у чорній сорочці нахилився над ноутбуком з наклейками «Battery Accelerator» (прискорювач акумулятора), а ще двоє чоловіків пишуть на дошці на задньому плані.

Літій-іонні батареї мають алюмінієвий катод (мінус) і мідний анод (плюс). Під час виготовлення на довгі смуги міді або алюмінієвої фольги наносяться тонкі шари активних матеріалів — оксиду кобальту-літію або фосфату заліза-літію. Ці довгі смужки електродів розрізаються на невеликі сегменти, об'єднуються та намотуються навколо окремих елементів акумулятора або прикладаються до них. «Нанесення покриття на металеву фольгу є критичним етапом процесу. Активні шари повинні мати рівномірну товщину по всій ширині фольги», — каже Йонас. — «Відхилення є основною причиною поганих елементів акумулятора. Ці два визначних винаходи допомагають нам краще зрозуміти й удосконалити цей етап виробництва».

Візерунок, що нагадує відбиток пальця

Що точніше можна простежити причину помилки, тим простіше розробляти рішення — цей принцип стосується й виготовлення акумуляторних батарей. Йонас і його команда шукали спосіб встановити зв'язок між конкретним елементом акумулятора й ділянками смуг мідно-алюмінієвої фольги, з яких вони були виготовлені. «У минулому виробничі дані призначалися довгим смужкам матеріалу», — пояснює Йонас. — «Наша нова процедура є точнішою та неінвазивною. Ми виявили, що текстура поверхні матеріалу унікальна для окремих сегментів покриття, подібно до відбитків пальців. Усі відмінності в схемах різних сегментів настільки чіткі, що для конкретного елемента акумулятора ми згодом можемо відстежувати точні сегменти фольги, з яких вони були виготовлені, коли вони були виготовлені, та налаштування, які були використані. Маючи ці знання, ми не тільки зробили старі маркування застарілими, ми також можемо проаналізувати, коли і чому так багато або мало відходів було вироблено — точніше, ніж будь-коли раніше».

Руки з ножицями, які вирізають темний гнучкий матеріал за червоною нанесеною лазером лінією на ньому, під час виготовлення компонентів акумулятора.

Навчання у кращих

Чоловік із серйозним виразом стоїть перед білою стіною, одягнений в чорний костюм і чорну сорочку.

Ключовим фактором є точне калібрування виробничих машин. «Операторам машин зазвичай доводиться проходити кілька місяців навчання, щоб розвинути належне відчуття для оптимального налаштування параметрів процесу», — говорить Йонас. — «Велика кількість відходів часто з'являється тому, що вони чогось не помітили». Ось чому Йонас і його команда навчили модель штучного інтелекту на поведінці висококваліфікованого оператора машини, щоб створити систему, яка надає рекомендації щодо оптимальної конфігурації під час поточної роботи. «Виходячи з оперативних даних, добре навчена модель штучного інтелекту набагато швидше розпізнає, коли ми відхиляємося занадто далеко від оптимальних параметрів», — стверджує Йонас. — «Наша мета на найближче майбутнє — мати можливість контролювати процес наносити покриття автоматично, щоби зменшити частку відходів у виробництві акумуляторних елементів приблизно на десять відсотків. Ми вже отримали комерційні ліцензії».