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14 Millionen Euro für Batterieforschung

Neues Produktionssystem für Batteriezellen

Der SmartBatteryMaker ist als Roboterzelle zur Zellassemblierung ein Prototyp für eine Produktionszelle im Gesamtproduktionssystem AgiloBat.
Der SmartBatteryMaker ist als Roboterzelle zur Zellassemblierung ein Prototyp für eine Produktionszelle im Gesamtproduktionssystem AgiloBat.
© wbk | KIT

Damit Batterien sich passgenau in verwinkelte Räume einfügen lassen und mehr Energie speichern können, sind flexibel anpassbare Zellen nötig. Das KIT entwickelt mit Partnern ein agiles Produktionssystem, mit dem sich Batteriezellen format-, material- und stückzahlflexibel herstellen lassen.

Wie lassen sich Batterien an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassen? Das ist eine Frage, die bisher weitgehend unbeachtet blieb. Eine weitere Herausforderung: Lithium-Ionen-Zellen bestehen unter anderem aus seltenen Materialien, insbesondere Kobalt und Nickel, deren Preise stark schwanken und deren Versorgungslage immer kritischer wird. Mit diesen Fragen beschäftigt sich das seit Januar 2021 laufende Teilprojekt AgiloBat2.

Zunächst wird ein wandelbares Gesamtanlagendesign erstellt. Die Wandelbarkeit des Produktionssystems wird durch den Aufbau eines digitalen Zwillings ermöglicht, der sowohl den Gesamtprozess, als auch Einzelprozesse digital realitätsgetreu abbildet. Somit lässt sich das System entsprechend schnell konfigurieren und mit Kennzahlen hinterlegen. Parallel dazu wird das Produktionssystem konstruiert. »Hierfür werden wir in der Karlsruher Forschungsfabrik ein agiles Produktionssystem errichten, das sich massiv von allen bisherigen Produktionssystemen im Bereich der Batteriezellfertigung unterscheidet«, erläutert der Initiator und Leiter der Projekte AgiloBat1 und AgiloBat2, Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT. »Es wird skalierbar sein, wodurch es sich von derzeitig etablierten starren Produktionslinien erheblich abgrenzt. Dadurch werden wir in der Lage sein, wirtschaftlich kleine bis mittlere Stückzahlen, verschiedene Materialien und Formate abzubilden.« Erreicht werden soll das durch standardisierte Roboterzellen, die die Produktionsmodule aufnehmen. Dort finden dann die eigentlichen Prozessschritte statt, die unterschiedliche Formatgrößen ermöglichen und bereits während des Produktionsprozesses vielfältige Qualitätssicherungsschritte vornehmen und so Ausschuss vermeiden. 

Ab 2022 beginnt die Erprobungsphase der modularen Anlagen. Diese endet mit einem final bewerteten agilen Produktionssystem und dem dazugehörigen Zellverbunddesign mit dem Abschluss beider Projekte Ende 2023.

Gemeinsam mit dem wbk Institut für Produktionstechnik arbeiten am KIT die Institute für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme, für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, für Thermische Verfahrenstechnik und die Arbeitsgruppe Thin Film Technologies sowie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie am Forschungsprojekt AgiloBat2.

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