Digitalisierte Produktion senkt Kosten für Batteriezellen

Die Automobilindustrie steht vor einer Zäsur: Der Elektromotor löst den Verbrenner ab, der Computer übernimmt das Steuer und Car-Sharing kommt in Mode. Enorme Anstrengungen sind nötig, um den Wandel zu bewältigen. Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut hat sich Ende Juli ein Bild vom Stand der Technik gemacht und besuchte zusammen mit Journalisten Forschungseinrichtungen und Unternehmen in Baden-Württemberg. Erste Station: das Fraunhofer IPA, wo Wissenschaftler an der digitalisierten Herstellung von Batteriezellen arbeiten.

Der Markt für Batteriezellen wird derzeit weitgehend von asiatischen Herstellern beherrscht. Die Europäer haben sich zwar vorgenommen, bis 2030 rund ein Drittel des Bedarfs selbst zu produzieren, doch um im Wettbewerb gegen Konkurrenz aus Fernost bestehen zu können, müssen sie die Produktionskosten senken. »Durch die stringente Digitalisierung der Fertigungsprozesse und ressourceneffiziente Produktion hat Baden-Württemberg bei der Herstellung von Batteriezellen das Potenzial, ökologisch und ökonomisch weltweit die Vorreiterrolle einzunehmen«, glaubt Joachim Montnacher, Geschäftsfeldleiter Energie am Fraunhofer IPA. Konkret ließen sich dadurch zehn bis 15 Prozent der Herstellungskosten einsparen, ergänzt Professor Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer IPA.

Vor allem bei der Qualität gibt es derzeit Defizite. Weil die Batteriezellen erst am Ende der Produktion getestet werden, ist jeweils eine ganze Charge verloren, wenn irgendwo im Prozess ein Fehler aufgetreten ist. Der Ausschuss ist deshalb mit fünf bis zehn Prozent sehr hoch. Das Fraunhofer IPA arbeitet daran, die einzelnen Arbeitsschritte mit Sensoren zu überwachen und die gewonnenen Daten zentral zu verwalten. Damit soll die Qualität gesteigert und gleichzeitig der Ausschuss verringert werden.

Wie das im Einzelnen aussieht, bekam Ministerin Hoffmeister-Kraut bei ihrer Pressereise im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion zu sehen. Da gibt es etwa eine Maschine zum Beschichten von Elektroden, die kontinuierlich Daten sammelt und die Qualität ihrer Arbeit selbst überwacht. Eine andere Anlage geht bei der Beschichtung neue Wege: Anstatt eine Paste auf ein Substrat, etwa eine Aluminiumfolie, aufzutragen, verwendet sie Pulver. Vorteil dieser Trockenbeschichtung mit Hilfe von Elektrostatik: Es sind keine Lösemittel mehr nötig, die gesundheitsschädlich sind und aufwendig getrocknet werden müssen. Das macht die gesamte Anlage wesentlich kompakter und senkt den Energieverbrauch um rund 50 Prozent.

Im Reinraum bekam die Ministerin unter anderem einen intelligenten Werkstückträger zu sehen, der die halbfertigen Batteriezellen von einer Maschine zur nächsten bringt. Der Clou: Der Träger überwacht mit seinen Sensoren nicht nur die Qualität der einzelnen Zellen, sondern sammelt auch Daten der Umgebungsbedingungen und schickt diese in die Cloud. So lässt sich exakt nachverfolgen, wo sich welche Zelle in welchem Zustand bei welchen Umgebungsbedingungen befindet. Schon allein dieser Träger kann dabei helfen, die Ausschussrate erheblich zu reduzieren.

»Neben Forschung und Entwicklung ist es für den Standort Baden-Württemberg entscheidend, dass der Transfer der Forschungsergebnisse in die Industrie gelingt«, betont Hoffmeister-Kraut.