Fertigungsverfahren für Batterien verbessern

Um die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien in Europa leistungsfähiger und nachhaltiger zu machen, entwickeln Forschende im kürzlich gestarteten EU-Projekt BATTwin digitale Zwillinge von Batteriefabriken. Diese Computermodelle bilden die Prozesse in einer Batteriefabrik digital nach und sollen dazu beitragen, dass bei der Zellproduktion weniger Ausschuss entsteht, weniger Energie verbraucht wird und die Emissionen zurückgehen. In dem Vorhaben arbeiten Universitäten und Industriepartner aus ganz Europa zusammen, darunter auch die Universität Oldenburg.

Eine leistungsfähige sowie nachhaltige europäische Produktion von Lithium-Ionen-Batterien aufzubauen und so Europa unabhängig von anderen Industrienationen zu machen – das ist das Ziel des kürzlich gestarteten EU-Projekts BATTwin, an dem die Universität Oldenburg beteiligt ist. Das von der Polytechnischen Universität Mailand (Italien) geleitete Team will bis zum Projektende im Mai 2027 sogenannte digitale Zwillinge von Batteriefabriken entwickeln – im Prinzip Computermodelle, die die Prozesse in einer Batteriefabrik digital nachbilden.

Ziel ist es, Ausschuss, Energiebedarf und Emissionen der Zellproduktion zu reduzieren, um die Herstellung von Batterien effizienter und umweltfreundlicher zu machen. BATTwin („Flexible and scalable digital-twin platform for enhanced production efficiency and yield in battery cell production lines“) wird im EU-Programm Horizon Europe mit rund 6,4 Millionen Euro gefördert. Davon fließen rund 630.000 Euro an die Universität Oldenburg. An dem Vorhaben sind sechs Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie zehn Partner aus der Industrie in ganz Europa beteiligt.

Die von dem Oldenburger Informatiker Prof. Dr. Andreas Rauh geleitete Abteilung „Verteilte Regelung in Vernetzten Systemen“ untersucht im Projekt, wie sich die Produktion fehlerhafter Batteriezellen vermeiden lässt. Aktuell liegt die Ausschussrate bei der Batterieproduktion bei rund zehn Prozent. Um diesen Anteil zu reduzieren, entwickeln die Forschenden an physikalischen Prozessen orientierte Modelle der einzelnen Stufen der Zellproduktion und koppeln diese mit datengetriebenen Verfahren.

Ziel ist es, damit sowohl zu ermitteln, wie gut Batterie-Produktionslinien arbeiten, als auch mögliche Fehler vorherzusagen. Zu diesem Zweck sammeln und verwalten die Modelle Daten zur Prozessführung und charakterisieren Unsicherheiten im Fertigungsprozess, die die Qualität beeinflussen. Das ermöglicht es, das Fertigungsverfahren schrittweise zu verbessern und wichtige Stellgrößen nicht nur während der Entwurfsphase, sondern auch im laufenden Betrieb zu optimieren.

Rauh und sein Team bauen parallel zu diesem Projekt eine Laborinfrastruktur auf, um Lade- und Entladevorgänge einzelner Batteriezellen an einem eigenen Prüfstand experimentell testen zu können. Diese Vorrichtung erlaubt es dem Team, die eigenen Modelle zu überprüfen. Diese sollen aus im Betrieb unmittelbar verfügbaren Messungen beispielsweise Rückschlüsse auf die Batterieleerlaufspannung ermöglichen, und daraus ableiten wie gut der Zustand einzelner Batteriezellen ist und wie schnell ihre Alterung voranschreitet.

Bereits 2022 war die Fakultät II – Informatik, Wirtschafts- und Rechtswissenschaften der Universität Oldenburg an einem wichtigen Vorstoß in Sachen Batterieforschung beteiligt. Als Gründungsmitglied der Upcell European Battery Manufacturing Alliance, einer gemeinnützigen Vereinigung mit insgesamt 87 Partnern, setzt sie sich die dafür ein, eine unabhängige europäische Batterieindustrie aufzubauen. Im jetzt bewilligten EU-Projekt ist Upcell als Partner beteiligt.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Andreas Rauh, Tel.: 0441/798-4195, E-Mail: andreas.rauh@uol.de

Weitere Informationen:
https://uol.de/informatik/dcis
https://upcell.org/