25.09.2019 // Strategien, Methoden & Tools

Effizientere Elektromobilität durch weniger Ausschuss

Rohstoffe wie Lithium verzeichnen einen lebhaften Preisanstieg. Grund ist die gestiegene Nachfrage durch den Einsatz in Lithium-Ionen Batterien für Elektrofahrzeuge. Weniger Ausschuss in der Produktion könnte die Fertigung optimieren, zeigte Prof. Kai Peter Birke in seinem Vortrag in der BME-Region Stuttgart auf.

Prof. Kai Peter Birke (links) und Prof. Ulli Arnold begrüßen die Einkaufsmanager auf der BME-Regionenveranstaltung in Stuttgart. Foto: BME e.V.

Der Umstieg auf Elektromobilität wird weltweit gigantische Mengen an Batteriezellen erfordern. Deutschland will dabei nicht länger Importeur sein, sondern sich zum Hersteller wandeln – so der Plan von Wirtschaftsminister Peter Altmaier. Insgesamt 30 Prozent des globalen Bedarfs sollen Deutschland und Europa im Jahr 2030 decken. Allerdings ist die Fertigung von Batteriezellen sehr energieintensiv. „Eine Möglichkeit, die Effizienz zu steigern, ist der Abbau von Ausschuss in der Fertigung“, zeigte Prof. Kai Peter Birke von der Universität Stuttgart auf der BME-Regionenveranstaltung „E-Mobility: Wie verändert die Elektromobilität die Industrie?“ auf*. Zu dem Vortrag hatte die BME-Region Stuttgart–Mittlerer Neckar ins Stuttgarter Haus der Wirtschaft eingeladen.

Fehlteile früher ausmustern

Die Rohstoffe einer Batteriezelle kommen für 70 Prozent der Kosten auf. Problematisch ist insbesondere die Beschaffung von Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium. Diese Rohstoffe werden für den Pluspol (Kathode) der Li-Ionen-Akkus benötigt. Die starke Nachfrage hat zu volatilen Preisen und mitunter starken Preissprüngen wie für Lithium geführt. In Deutschland befassen sich daher eine Reihe von Forschungsinstituten mit den Möglichkeiten, Li-Ionen Akkus effizienter zu produzieren.

Ein Ansatzpunkt könnte die Reduzierung des Ausschusses sein. Bislang beträgt er durchschnittlich 5 Prozent. Für manche E-Fahrzeuge kann dieser Wert bis auf 15 Prozent steigen. „Diese Menge füllt einen 30 Kilometer langen Güterzug“, zeigte der Physiker die Dimension des Problems auf. Neuralgische Punkte der Batteriezelle sind Innenwiderstand und Spannung: Bei zu großen Abweichungen kann die Zelle nicht mehr genutzt werden. „In unserer Forschung am Fraunhofer IPA setzen wir an der digitalen Optimierung der Produktion an“, so Prof. Birke, der auch Leiter des Zentrums für digitalisierte Batteriezellproduktion am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) ist.

Zellen mit einem digitalen Code ausstatten

Dafür wird in einem gemeinsamen Projekt mit dem Batteriehersteller Varta die Informationsarchitektur der Zellproduktion erforscht. Die Forscher betrachten den Produktions-Lebenszyklus und untersuchen, an welchen Punkten sich digitale Lösungen einbringen lassen. „Wenn man einer Zelle einen Code mitgeben könnte, könnten wir Fehlteile früher erkennen und rausschneiden“, erklärte der Wissenschaftler. Insbesondere, wenn die Elektrolyten in die Zellen eingefügt werden, könnten Daten aufschlussreiche Ergebnisse liefern. „Denn das ist ein schwieriger Vorgang“, sagte der Leiter der Abteilung Elektrische Energiespeichersysteme an der Universität Stuttgart.

Einen weiteren Ansatzpunkt zur Verbesserung der Zellenfertigung sieht Birke in einem Absenken des Energieverbrauchs. „Der Trocknungsprozess im Coater ist verbesserungsbedüftig und der größte Energiefresser.“ Was er sich auch vorstellen kann, ist die Reparatur der Zellen. „Wir könnten die Zellen mit einem Gewinde versehen und sie dann rein- und auch wieder rausschrauben.“ Aber ein simples Ersetzen ist ausgeschlossen, das betonte auch der Forscher: „Zellen reagieren bei einer Parallelschaltung unterschiedlich auf Belastungen, damit sehen wir das Potenzial eher in einer Reparatur der Module.“

Von der BME-Regionenveranstaltung berichtete Doris Hülsbömer, BME

 

 

 

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