Granulatbasierte Einschritt-Elektrodenproduktionsanlage mit intelligenter Produktionsregelung

Das neuartige Produktionssystem der granulatbasierten Beschichtung integriert die Teilschritte Beschichten, Trocknen und Verdichten in einer Anlagentechnik („Einschrittanlage“) und reduziert somit deutlich Investitions- und Betriebskosten gegenüber der bislang üblichen Herstellung von Elektroden. Hohe Trocknungskosten werden durch eine deutliche Reduktion des Lösemittelanteils von mindestens 10 bzw. 25 Gew.-% für Kathoden bzw. Anoden minimiert, was zusätzlich zu einem wesentlich geringeren Global Warming Potential (GWP)/CO2-Footprint und damit zu einer höheren ökologischen Effizienz der Produktionstechnologie führt. Dabei wird bewusst ein geringer Anteil an Lösemittelrest verwendet, um eine leichtere Handhabung während der Dispergierung (Kaltextrusion) zu ermöglichen und eine definierte Porenstruktur während der Trocknung gezielter einstellen zu können. Darüber hinaus dienen im Gegensatz zu suspensionsbasierten, traditionellen Beschichtungsprozessen Granulate aus einem energieeffizienten Extruderprozess als Eingangsmaterialien. Deren Lagerstabilität ist mit mehreren Wochen im Vergleich zu wenigen Stunden der üblich eingesetzten Suspensionen deutlich größer, sodass eine zeitliche und räumliche Entkopplung der Ausgangsmaterialherstellung (bzw. der gekoppelten Geschäftsmodelle) ermöglicht wird. Hierdurch wird eine höhere Flexibilität der Produktion, bspw. hinsichtlich schwankender Auftragslage und hoher Produktvarianz, aber auch eine vollständige Entkopplung der Geschäftsfelder Material- und Elektrodenherstellung ermöglicht.

Innerhalb des Projektes „GranuProd“ werden die aus dem BMBF-Projekt „HEMkoop” entwickelten Kenntnisse zur hochviskosen Beschichtung von Granulaten im Kalanderspalt vertieft und in ein hochskaliertes Anlagensystem übersetzt. Dadurch wird das Technology Readiness Level (TRL) dieser neuartigen Beschichtungstechnik von 3 auf 5-6 erhöht. Die Trocknung der erzeugten Schichten aus Granulaten mit geringer Porosität wird unter definierten Laborbedingungen am TFT (KIT) untersucht. Der daraus resultierende Wissensgewinn wird in Kombination mit den Betriebs- und Inlinemessdaten der Anlagentechnik genutzt, um am iPAT einen intelligenten digitalen Zwilling zur Anlagenregelung zu entwickeln. Die Konzeption und die Umsetzung der Regelungsstrategie durch Ansteuerung und Verschaltung der Betriebsparameter und einer geeigneten Inline-Messsensorik unter Zuhilfenahme des entwickelten digitalen Zwillings erfolgen federführend durch das iwb.

Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist es, eine integrierte Anlagentechnik mit eigenständiger, intelligenter Regelungsstrategie für das Produktionssystem zur „Granulatbasierten-Einschritt-Elektrodenproduktion“ zu schaffen. Die Teilziele lassen sich wie folgt unterteilen:

• Entwicklung bzw. Skalierung einer Anlagentechnik (TRL 5) zur Herstellung von Elektroden auf Basis lösungsmittelarmer Granulate
• Etablierung einer Inline-Prozesskontrolle und Umsetzung einer intelligenten Anlagenregelung in Verbindung mit einem digitalen Zwilling
• Modellhafte Beschreibung der Trocknung von lösungsmittelarm hergestellten Elektroden