Mit KI zu besseren Batterien

Die Nachfrage an Batterien steigt stetig, wie auch deren Produktion. Allerdings kommen die meisten Batterien immer noch aus Asien. Um die Zellfertigung in Deutschland und Europa voranzubringen, braucht es neue Technologien für die Massenproduktion. Im Forschungsprojekt „IntelliSpin“ setzt die Hochschule Landshut gemeinsam mit der TU München (TUM) genau hier an.

Unter der Leitung von Prof. Karl-Heinz Pettinger vom Technologiezentrum Energie in Ruhstorf a.d. Rott forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einer neuen Technologie, die mittels Elektrospinning und künstlicher Intelligenz die Herstellung von Batterien flexibler gestaltet und Kosten reduziert. Die Grundidee des Forscherteams ist es, bisher nichtlaminierbare Elektroden laminierbar zu machen.

Beim Laminieren werden abwechselnd positive und negative Elektroden mit dazwischenliegenden Separatoren übereinandergeschichtet und im Anschluss daran mit einer Folie versiegelt. Aufgrund ihrer dünnen und leichten Bauweise sind laminierte Zellen flexibel in der Formgebung und liefern trotzdem viel Strom.

Doch Elektrodenrezepturen, die auf Wasser basieren und daher sehr umweltverträglich sind, können bis jetzt nicht laminiert werden. Das will das Projektteam nun ändern, indem es auf diese Elektroden eine hauchdünne Schicht eines Spezial-Polymers aufträgt. „Dies geschieht mithilfe von automatisiertem Elektrospinning“, so der Landshuter Professor, „dabei werden chemische Materialien in feinste Fasern mit Durchmessern von wenigen Mikro- oder Nanometern versponnen.“ Diese lagern sich dann als eine Art Vlies auf dem Substrat ab.

Unter dem Einsatz von künstlicher Intelligenz optimieren die Forschenden dieses Verfahren und integrieren es schließlich in eine bestehende Fertigungslinie. „Unser Ziel ist eine vollständig vernetzte Fertigungslinie. Sie befähigt die Batteriehersteller, Ausschussraten zu reduzieren, die Qualität und Lebensdauer der Zellen zu verbessern und die Produktion zu flexibilisieren“, so Pettinger.

Der Leiter des Technologiezentrums Energie (TZE) freut sich, dass er hierfür die TUM als Kooperationspartnerin gewinnen konnte: Das Landshuter Team übernimmt die Zellfertigung sowie die elektrochemische Charakterisierung. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswirtschaft der TUM erarbeitet hingegen die Steuerungskonzepte des automatischen Elektrospinnings und übernimmt die Analysen von Prozessen sowie die Entwicklung der KI-Modelle.

​Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben im Rahmen des Clusters „Intelligente Zellproduktion“ mit insgesamt 888.000 Euro.