Die maximale Qualität zum minimalen Preis sicherstellen – das wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einer neuen Forschungsplattform, die am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Teil des Batterie-Kompetenzclusters AQua gestartet ist. Die Arbeit im Batterieforschungscluster AQua verläuft in enger Kooperation mit Forschungspartnern in der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiierten „Forschungsfabrik Batterie“. In ihrer Qualitätsoffensive für bessere Batterien betrachten die Forscher:innen zunächst jeden Produktionsschritt, von den Ausgangsmaterialien bis zur fertigen Zelle, um mögliche Fehlerquellen zu identifizieren. Anschließend soll der Umgang mit Fehlern bei laufender Produktion so optimiert und automatisiert werden, dass am Ende eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet werden kann.

„Bei der Produktion muss jeder Schritt sitzen. Alles ist aufeinander abgestimmt und jeder Fehler kann sich auf die spätere Performance der Zellen auswirken“, sagt Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien des KIT, der die Forschungsarbeiten koordiniert. „Die Leistungsfähigkeit von Analytik und Qualitätssicherung hat deshalb einen maßgeblichen Einfluss auf Güte, Sicherheit und Kosten einer Zelle.“ Ihre Lösungsansätze erarbeiten die Forschenden mit Methoden der integrierten Fertigungskontrolle und implementieren sie in die gesamte Prozesskette.

Forschung an der automatischen Fehlererkennung

Um kritische Fehler im Produktionsprozess möglichst früh zu erkennen und um diese richtig zu interpretieren, arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Qualitätsoffensive für bessere Batterien unter anderem nach dem Prinzip der Failure Mode and Effects Analysis. „Dabei bringen wir Fehler gezielt und kontrolliert ein, um den Zusammenhang zwischen einer Störung und den Auswirkungen auf die Zellen präzise zu quantifizieren“, erklärt Lea de Biasi, eine der Forscherinnen im Projekt.

„Wenn wir nun spezifische Leistungskriterien als Qualitätsziele definieren, können wir für alle relevanten Prozessschritte Toleranzgrenzen festlegen.“ Diese kommen dann direkt im Produktionsprozess zum Einsatz. Dazu entwickelt AQua auch Methoden, mit denen sich kritische Einflussgrößen – etwa die Homogenität der Elektrodenbeschichtung oder die Restfeuchte der Komponenten zu Beginn des Zellbaus – in Echtzeit erfassen lassen. Die automatische Fehlererkennung prüft die Zwischenprodukte unmittelbar nach dem jeweiligen Prozessschritt maschinell und sortiert fehlerhafte Stücke aus. „Dabei sind außerdem Rückschlüsse auf die Fehlerursachen möglich“, sagt de Biasi. „So können wir Prozessstörungen frühzeitig beseitigen und weitere Kosten durch Ausschuss vermeiden.“

20.5.2021 | Quelle: KIT | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH