Panorama

Forschungsbetrieb für Batteriezellfertigung gestartet

26.08.2021 - Zentrum einer modernen Produktion für Deutschland und Europa.

Die Fraunhofer Forschungs­fertigung Batteriezelle FFB hat ihre Forschungs­aktivitäten in Münster begonnen. Die Mitarbeitenden der Fraunhofer-Gesellschaft sowie des MEET Batterie­forschungszentrums der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster haben im „FFB Workspace“ eine Misch- und Beschichtungs­anlage zur Erprobung der Elektroden­fertigung in Betrieb genommen. Ziel ist die Weiter­entwicklung des vollkonti­nuierlichen Mischv­erfahrens in Bezug auf das Elektrodenmaterial, die Prozesse sowie die Digi­talisierung. Mit der Infrastruktur im Reinraum des „AlexProWerk“ kann die Forschungs­fertigung Batteriezelle erste Forschungs­aufträge der Industrie ausführen.

„Unser Ziel ist die Optimierung der Elektroden­rezeptur sowie der Produktions­schritte des Mischens und Beschichtens in Hinblick auf die Zellqualität“, erklärt Fritz Klocke, geschäfts­führender Leiter der Forschungs­fertigung Batteriezelle. „Das Produktionsverfahren soll auf diesem Wege zuverlässiger und effizienter werden. Die neu aufgebaute Infra­struktur ist für uns ein wichtiger Schritt, die Prozess­schritte zu erproben und die gewonnenen Erkennt­nisse für den weiteren Aufbau der Forschungs­fertigung Batterie­zelle zu nutzen.“ Beim Verfahren des vollkontinuierlichen Mischens in der Elektroden­fertigung für Batteriezellen werden die Materialien, mit denen Kathode und Anode beschichtet werden, in einem durchgängigen Verfahren gemischt und fortlaufend auf die Beschichtungs­anlage gebracht. Die Forschenden untersuchen dabei die Herstellung der Elektrodenpaste. Diese Unter­suchungen beziehen sich sowohl auf die Beschaffenheit der Paste als auch auf das Verhalten der relevanten Anlagenteile.

Die konsequente Digi­talisierung dieser Produktions­prozesse wirddie Forschungsarbeiten unterstützen. Mithilfe digitaler Simulationen identi­fizieren die Forschenden Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge relevanter Prozessparameterin Bezug auf die Qualität der Batteriezelle. Dazu entwickeln sie leistungsfähige Methoden zur Maschinen­anbindung und -vernetzung sowie zur Datenerfassung und -analyse. Diese Erkenntnisse werden im weiteren Verlaufin den Aufbau einer digitalen Fabrik überführt, die als digitaler Zwilling der Forschungsf­ertigung Batteriezelle entsteht.

Die Forschenden des MEET Batterie­forschungszentrums der WWU Münster arbeiten im „FFB Workspace“ an der Entwicklung und Optimierung der Slurry-Rezepturen für Elektroden von High-Energy- und High-Power-Zellen. Beim Slurry handelt es sich um die Paste, mit der die Kupferfolie der Elektrode nach dem Misch­verfahren beschichtet wird. Weiterhin entwickelt das Team rund um Martin Winter und Falko Schappacher zukünftig Rezepturen für eine neue Zellchemie, um in der Forschungs­fertigung Batteriezelle ein möglichst breites Spektrum an Materialien für die Anforderungen unter­schiedlicher industrieller Bereiche abzudecken. „Das MEET-Team ist auf die Batteriezell­technologie und -produktion mit einem besonderen Fokus auf der Pasten­entwicklung, chemischen Prozessen, Materialien und Eigenschaften sowie der Zell­fertigung spezialisiert“, sagt Falko Schappacher, kaufmännisch-technischer Direktor am MEET.

Die Forschungs­fertigung Batteriezelle betreibt die Misch- und Beschichtungs­anlage im Reinraum des „AlexProWerk“ der Alexianer Werkstätten Münster. Mitarbeitende der Alexianer Werkstätten sollen darüber hinaus geschult werden und aktiv an der Muster-Produktions­linie mitwirken. Prozesskontrolle, Labor­assistenz, Verpackung und Lager sind einige Bereiche, in denen Mitarbeitende aus den Alexianer Werkstätten tätig werden können. Insgesamt sechs bis acht Arbeitsplätze hat das Forschungsteam allein für die Werkstätten vorgesehen. „Wir haben uns quasi einen inklusiven Arbeitgeber ins eigene Haus geholt“, erläutert Norbert Mussenbrock, Geschäfts­leitung der Alexianer Werkstätten. „In der Regel gehen unsere Kolleginnen und Kollegen mit Behinderung als Einzelperson oder Arbeitsgruppe in die Unternehmen und besetzen dort betriebs­integrierte Außen­arbeitsplätze.“ Die inklusiven Arbeitsplätze sollen auch mit dem Umzug der Batterieforschung in den Neubau im Hansa-BusinessPark erhalten bleiben.

Das Konzept der Forschungs­fertigung Batteriezelle sieht eine Kombination aus Labor- und Produktions­forschung für unter­schiedliche Batterie­zellformate – Rundzelle, prismatische Zelle und Pouchzelle – vor. Die Mitarbeitenden erforschen je nach Bedarf einzelne Prozess­schritte oder die gesamte Produktionskette. Die Optimierung der Batteriezell­produktion erfolgt anhand verschiedener Kriterien, unter anderem des Materials, der Energie- und Ressourcen­effizienz oder der Kostenreduktion. Gemeinsam mit den Projektpartnern des MEET Batterie­forschungszentrums der WWU Münster und des Lehrstuhls PEM der RWTH Aachen schafft die Fraunhofer-Gesellschaft eine Infrastruktur, mit der kleine, mittlere und Großunternehmen, aber auch Forschungs­einrichtungen, die seriennahe Produktion neuer Batterien erproben, umsetzen und optimieren können.

Die FFB soll so am Standort Münster zum Zentrum einer modernen und skalier­baren Batteriezell­produktion für Deutschland und Europa werden. Damit die Produktion in Deutschland zukünftig neue Batterie­technologien effizienter, günstiger und in höchster Qualität bereitstellen kann, fördern das Bundes­ministerium für Bildung und Forschung und das Land Nordrhein-Westfalen den Aufbau der Forschungs­fertigung Batterie­zelle mit bis zu insgesamt 680 Millionen Euro.

Fh.-IPT / JOL

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