Giảm phế liệu cho quá trình chuyển đổi năng lượng

Jonas Witt | Nhà sáng chế của năm tại Siemens | Gương mặt mới

Toàn cảnh sản xuất pin

Người đàn ông mặc áo đen đang cúi người bên máy tính xách tay có dán nhãn

Pin lithium-ion có cực âm (-) bằng nhôm và cực dương (+) bằng đồng. Trong quá trình sản xuất, các lớp vật liệu hoạt tính mỏng như lithium coban oxit hoặc lithium sắt phốt-phát được phủ lên các dải lá kim loại dài bằng đồng hoặc nhôm. Sau đó, các dải điện cực này được cắt thành những đoạn nhỏ, kết hợp lại và cuộn hoặc xếp chồng để tạo thành từng tế bào pin riêng lẻ. Jonas Witt chia sẻ: “Công đoạn phủ lá kim loại là bước then chốt trong toàn bộ quy trình. Các lớp vật liệu hoạt tính phải đạt độ dày đồng nhất trên toàn bộ bề rộng của lá kim loại. Bất kỳ sai lệch nào ở giai đoạn này đều là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến lỗi trong tế bào pin.” Hai phát minh được vinh danh giúp chúng tôi hiểu rõ hơn và cải thiện quy trình sản xuất này.

Hoa văn như dấu vân tay

Càng truy tìm chính xác nguyên nhân gây lỗi, việc phát triển giải pháp càng trở nên dễ dàng hơn – và nguyên lý này cũng áp dụng cho quy trình sản xuất pin. Jonas cùng đội ngũ của mình đã tìm cách thiết lập mối liên kết giữa một tế bào pin cụ thể với các đoạn dải lá đồng hoặc nhôm đã tạo ra tế bào đó. Jonas giải thích: "Trước đây, dữ liệu sản xuất thường được gán cho cả một dải vật liệu dài. Quy trình mới của chúng tôi chính xác hơn và hoàn toàn không xâm lấn. Chúng tôi đã phát hiện ra rằng hoa văn bề mặt của vật liệu là duy nhất đối với từng phân đoạn phủ, tương tự như dấu vân tay. Mọi sự khác biệt trong hoa văn của các phân đoạn khác nhau đều rõ rệt đến mức đối với một tế bào pin cụ thể, chúng tôi có thể truy ngược chính xác đoạn lá kim loại đã được sử dụng để sản xuất, thời điểm sản xuất cũng như các thông số thiết lập đã được sử dụng. Với kiến thức này, chúng tôi không chỉ loại bỏ các phương pháp đánh dấu cũ, mà còn có thể phân tích thời điểm và lý do tại sao lượng phế liệu được tạo ra nhiều hay ít một cách chính xác hơn bao giờ hết."

Đôi tay dùng kéo cắt vật liệu dẻo màu tối, trên bề mặt có đường tia laser đỏ chiếu lên để chế tạo thành phần pin.

Học hỏi từ các chuyên gia

Người đàn ông với vẻ mặt nghiêm nghị đứng trước bức tường trắng, mặc áo sơ mi đen và áo khoác đen.

Việc hiệu chuẩn chính xác máy móc sản xuất là một yếu tố then chốt. Jonas cho biết: "Các kỹ thuật viên vận hành thường phải trải qua nhiều tháng đào tạo để hình thành cảm giác nhạy bén trong việc thiết lập tối ưu các thông số quy trình. Lượng phế liệu lớn thường phát sinh do họ vô tình bỏ sót một chi tiết nào đó.'" Đó là lý do Jonas và cộng sự đã huấn luyện một mô hình AI dựa trên hành vi kiểm tra của những kỹ thuật viên lành nghề, nhằm xây dựng hệ thống đưa ra các khuyến nghị cấu hình tối ưu ngay trong quá trình vận hành. Jonas khẳng định: "Dựa trên dữ liệu vận hành, mô hình AI được đào tạo bài bản sẽ nhận diện nhanh hơn nhiều khi quy trình bắt đầu sai lệch quá xa so với trạng thái tối ưu. Mục tiêu trong tương lai gần của chúng tôi là tự động hóa hoàn toàn quy trình phủ, giúp giảm tỷ lệ phế liệu tế bào pin khoảng 10%. Hiện chúng tôi đã có được các giấy phép thương mại cho giải pháp này."