Kontinuierliche, lösungsmittelfreie Elektrodenherstellung mit intelligenter Qualitätssicherung und Prozessüberwachung gekoppelt mit KI

Durch den Einsatz von lösungsmittelfreien Herstellungsverfahren kann auf eine zeit- und energieintensive Trocknung der Elektroden verzichtet werden. Weiterhin kann die Produktion durch die Vermeidung eines Einsatzes des giftigen Lösungsmittels NMP, welches insbesondere bei der Kathodenherstellung eingesetzt wird, nachhaltiger gestaltet werden. Die eingesetzten Verfahren sind unabhängig vom verwendeten Aktivmaterial und daher auch für nicht giftige, Co oder Ni freie Elektroden einsetzbar, womit grüne, nachhaltige Zellen hergestellt werden können. Des Weiteren sollen zur Reduktion hoher Ausschussquoten (selbst bei erfahrenen Zellherstellern fallen im normalen Produktionsbetrieb ca. 5% des Elektrodenmaterials als Ausschuss an) die bestehenden und installierten Produktionsprozesse um weitere Prozesssensoren zur Bereitstellung von inline-Informationen ergänzt werden. Dadurch kann während der Produktion korrigierend eingegriffen werden. Die kontinuierlich aufgenommenen Sensor- und Prozessdaten jedes Projektpartners werden wie die elektrochemischen Messergebnisse in einer Datenbank gespeichert. Mit Hilfe der KI sollen sowohl Einzelprozesse als auch komplette Prozessketten optimiert und darüber hinaus auch gesteuert werden. Somit sind deutliche Kosteneinsparungen gegenüber konventionellen Vorgehensweisen möglich.

Die Arbeitspakete des Projekts „KontElPro“ umfassen zum einen die kontinuierliche (batchfreie) Herstellung von Elektroden/Elektrolyt durch Extrusion mit nachgeschalteter Düse und Kalander und zum anderen durch das Trockentransfer-Verfahren hergestellte lösungsmittelfreie Elektroden mit geringen Binderanteilen sowie ihre Charakterisierung. Darüber hinaus wird für Extrusion und Trockenbeschichtung ein Sensorkonzept entwickelt und darauf aufbauend ein selbstlernendes Steuerungssystem erarbeitet, realisiert und validiert. Außerdem wird eine no-SQL Datenbank programmiert, die möglichst in Echtzeit Datenströme jedes Prozesssensors speichern kann, so dass diese Daten mit weiteren off-line Analysen und elektrochemischen Ergebnissen korreliert werden können. Die Datenbank ist auch Grundlage für Track und Trace und die Sensitivitätsanalyse von Fertigungsparametern in Bezug auf Zielgrößen mit datengetriebenen KI-Methoden, zuerst im Offline- und danach im Online-Betrieb für Einzel- wie auch für die Gesamtheit der betrachteten Prozesse. Es werden digitale Zwillinge für alle Prozesse erstellt, die für die Optimierung der Prozesse eingesetzt und mit Active Learning kontinuierlich verbessert werden.

Ziel von „KontElPro“ ist es, bestehende, innovative und gut skalierbare Verfahren der lösungsmittelfreien Elektrodenfertigung (Extrusion, Trockentransfer-Verfahren) mit einer Inline-Prozesskontrolle und einer standortübergreifenden, vernetzten Datenbank zu erweitern. Eine automatisierte Datenauswertung sowie die KI-gestützte Modellierung und Optimierung der Prozesse mit digitalen Zwillingen werden helfen, die Elektrodenfertigung effizienter zu machen, die Qualität zu verbessern und Ausschuss zu reduzieren. Ziel ist es, durch Verknüpfung von Prozessparametern mit elektrochemischen Ergebnissen und durch Einsatz von KI in Verbindung mit digitalen Zwillingen die besonders qualitätskritischen Prozessschritte und -parameter zu identifizieren und Quality Gates festzulegen.