Fraunhofer Research Institution – raziskave učinkovitejše proizvodnje baterijskih celic
Dualis 2D vizualni senzor podjetja ifm pozorno spremlja proizvodnjo elektrod
Elektromobilnost še vedno dirka po svetovnem prehitevalnem pasu. Samo med letoma 2020 in 2023 se je delež registriranih e-vozil povečal z manj kot pet odstotkov na ocenjenih 18 odstotkov – in trend očitno narašča.
Vendar: če naj bo načrtovani prehod na mobilnost v celoti dosežen, je potrebna zlasti ena stvar: povečana zmogljivost v proizvodnji močnih baterij – in to zelo kmalu. Kot povezava med znanostjo, raziskavami in industrijo namerava Fraunhofer Research Institution za proizvodnjo baterijskih celic FFB prispevati k zagotavljanju pospešenega razvoja novih, zmogljivih formatov celic.
Cilj za Evropo je bil določen: EU želi v prihodnosti igrati pomembnejšo vlogo na trgu proizvodnje baterijskih celic in si je zadala cilj, da bo že do leta 2030 znatno izboljšala učinkovitost proizvodnje. To vključuje zmanjšanje zavrnjenih izdelkov pod pet odstotkov – ambiciozen podvig, kot pojasnjuje Fabian Kux, raziskovalni sodelavec (zagotavljanje kakovosti) pri inštitutu Fraunhofer FFB: »Stopnja zavrnitev je še vedno opazno visoka v celotni proizvodni verigi baterij po vsem svetu.« Dobro prilagojeni obrati proizvedejo približno 10 odstotkov ostankov; ta odstotek je lahko še višji med fazo pospeševanja. »Zato je naš cilj pospešiti proizvodnjo inovativnih in predvsem učinkovitih baterijskih celic,« pravi Kux.
Zagotavljanje kakovosti z uporabo 2D vizualni senzorjev
FFB tehnologiji avtomatizacije že pripisuje pomembno vlogo. »Pomemben element naše raziskave je ugotavljanje, kako lahko senzorska tehnologija pomaga povečati kakovost izdelkov in učinkovitost posameznih procesnih korakov.« Kux in njegova ekipa v okviru skupnega projekta z ifm preizkušajo možnosti za uporabo npr. Dualis 2D vizualnega senzorja. Senzor Dualis preveri konture in površine ter primerja dejansko stanje s ciljno specifikacijo. To omogoča zanesljivo zaznavanje najmanjših razlik v detajlih, kot so manjkajoče zadrževalne spone ali nepravilno oblikovani navoji. Poleg tega je mogoče analizirati površinske dimenzije – v tem specifičnem primeru – uporabljene gošče, paste aktivnih materialov, prevodnih dodatkov, topil in veziv. Vizualni senzor zanesljivo prepozna okvarjeno uporabo in izda sporočilo o napaki. Postopek je nato mogoče ponovno prilagoditi, da bi se izognili nadaljnjim zavrnitvam in ohranili visoko raven kakovosti izdelka v proizvodnem procesu. Integracija vizualnega senzorja je izjemno preprosta: 2D vizualni senzor je mogoče parametrirati za večino primerov uporabe s pomočjo funkcije učenja brezplačne programske opreme ifm Vision Assistant in njenih pomočnikov za parametriranje ter z nekaj kliki miške.
Tri aplikacije za senzor Dualis
»Po posvetovanju s strokovnjakom za avtomatizacijo podjetja ifm smo identificirali tri aplikacije, za katere je mogoče uporabiti senzor Dualis,« pojasnjuje Kux. »Prva uporaba vključuje odkrivanje napak v sveže naneseni elektrodni gošči na površini substrata iz folije. Kontaminacija ali zgrešena območja bodo namreč negativno vplivala na varnost in delovanje celice in jih je zato treba identificirati kot odpadke,« pravi Kux. »Sočasno se preverjajo dimenzije premaza. V neprekinjenem postopku nanašanja se izmeri širina folije; v prekinjenem postopku nanašanja pa se izmeri tudi dolžina.«
Na začetku proizvodnega procesa vizualni senzor Dualis (O2D5) spremlja nanos gošče. Dvostransko spremljanje preizkušajo tudi na raziskovalnem inštitutu Fraunhofer.
Vedno natančno navit
Če sta premazani obe strani folije, se za pregled spodnje strani uporabi dodatni senzor Dualis.
»V tem primeru moramo zagotoviti, da se gošča nanese na obe strani v enaki meri, da zagotovimo zahtevano kakovost.« V tretjem scenariju senzor Dualis pregleda rob folije in premaza. Mokra gošča se nanese na folijo, nato pa gre skozi postopek sušenja. Prevlečena, posušena folija elektrod se nato navije. V nasprotnem primeru lahko nepravilna obremenitev poškoduje folijo in premaz.
Slika 1: Vrzeli v premazu z goščo povzročijo zavrnitev, zato jih je nujno treba identificirati. Dualis vizualni senzor podjetja ifm pokaže to napako in tako pomaga ohraniti stopnjo zavrnitve na minimumu.
Slika 2: Senzor Dualis prav tako zanesljivo identificira nepravilnosti ali žepe v uporabljeni gošči, kar zagotavlja kakovost in visoko produktivnost.
Od digitalnega dvojčka do potnega lista baterije
Podatke vizualnega senzorja je mogoče uporabiti ne le za zmanjšanje stopnje zavrnitve v zgodnji fazi in za zagotavljanje kakovosti. Od leta 2026 bodo vse novo proizvedene baterije obvezno imele potni list. To ne bo vsebovalo le informacij o dobavni verigi in uporabljenih novih ali recikliranih surovinah, temveč tudi o delovanju in zdravju baterije. »Vse podatke, ki jih senzorji beležijo vzdolž celotnega proizvodnega procesa, lahko prenesemo v digitalni dvojček. To lahko nato uporabite za preprosto ustvarjanje potnega lista baterije.«
Dober primer uspešnega partnerstva
Pri inštitutu Fraunhofer FFB so še vedno v fazi zagona. V prihodnosti bo lokacija v Münstru zagotovila zmogljivost za proizvodnjo velikih količin v industrijskem obsegu. »To naj bi nam omogočilo proizvodnjo baterij z visoko zmogljivostjo za skupno preizkušanje novih tehnologij s partnerji v industriji v raziskovalnih projektih v realnih pogojih. Sodelovanje z družbo ifm je tako dober primer, kako lahko z našimi partnerji testiramo, optimiziramo in nadgradimo tehnologije izdelave baterijskih celic prihodnosti.
Zaključek
V sodelovanju z raziskovalnim inštitutom Fraunhofer Research Institution za proizvodnjo baterijskih celic FFB lahko podjetje ifm preizkusi svoj 2D vizualni senzor Dualis v dejanskih pogojih. V prihodnosti bodo pridobljeni vpogledi pomagali vsem: Fraunhofer FFB, ifm, proizvajalcem baterijskih celic in elektromobilnosti kot celoti.
