Das Schweizer Unternehmen Blackstone Resources hat die Produktion 3D-gedruckter Batteriezellen nun auch auf eine validierte und solide wissenschaftliche Grundlage gestellt. „Das ist das Ergebnis einer komplexen Produktionssimulation, die auch mit der Berner Fachhochschule (BFH) durchgeführt wurde“, erklärt Serhat Yilmaz, Chief Marketing Officer der Blackstone Resources AG. „Bei dem Validierungsverfahren sind mehr als 250 Prozess- und 90 Produktparameter eingeflossen, um diese einzigartige Produktionstechnik mit unserem Benchmark-Modell zu verifizieren.“
Damit sieht es Blackstone Resources als bewiesen an, dass das Drucken von Batteriezellen nach dem von Blackstone patentierten Verfahren die Materialkosten durch bessere Ausnutzung inaktiver Materialien (weniger Kollektorfolien und Separatoren) um gut 20 Euro je kWh senkt. „Dieses Ergebnis wurde durch unabhängige Experten im Auftrag des Fördermittelgebers Innosuisse geprüft und bestätigt“, erklärt Yilmaz. Auf dieser Grundlage wurde nun durch die Innosuisse eine weitere Geldtranche für das Projekt freigegeben, mit der Blackstone weitere Modelle zum Drucken von Festkörperbatterien erstellen will. Die Simulation habe auch gezeigt, dass die Produktionskosten ebenfalls gesenkt werden können, und zwar um etwa 20 Prozent.
Parallel zu diesem Validierungsverfahren hat Blackstone Technology mit dem sächsischen Unternehmen Symate GmbH eine künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, die noch bis Dezember 2021 in die Fertigung gedruckter Elektroden und Batteriezellen integriert werden soll. „Damit können die von der BFH erarbeiteten mathematischen Modelle erstmalig mit Daten aus dem KI-Life-System gefüttert werden“, erklärt Yilmaz. „Unsere Produktionsprozesse können wir so zyklisch und in Echtzeit optimieren.“ Von der Prüfung der Ausgangsstoffe über die Rezeptwahl, Prozessierung bis hin zur Herstellung der Batteriezelle sollen damit alle relevanten Parameter in ein System erfasst, optimiert und mittels KI-Vorhersagen analysiert werden können.
Der besondere Vorteil: Durch den Einsatz von KI werden Blackstone zufolge Wechselwirkungen sichtbar, der hochgradig komplexe und datenintensive 3D Druck lasse sich damit sogar in der Serienfertigung sicher beherrschen. Dabei setzt Blackstone auf das Prinzip des Digitalen Zwillings.
Digitaler Zwilling für 3D-gedruckte Batterieelektroden
Die neue Blackstone-Produktion im sächsischen Döbeln stehe ganz im Zeichen von Digitalisierung und dem Industrie 4.0 Standard: „Wir möchten anfallende Datenmengen im laufenden Fertigungsprozess analytisch auswerten und den Prozess auf Basis dieser Daten regeln“, erklärt Holger Gritzka, CEO und Geschäftsführer der Blackstone Technology GmbH in Döbeln. „Hierfür werden wir ein neu entwickeltes Cyberphysisches Produktionssystem (CPPS) einführen.“ Das CPPS kreiert auf Basis und mithilfe künstlicher Intelligenz einen digitalen Zwilling für jeden Prozess der einzelnen Energiezellen. „Sobald ausreichend analysierte Daten vorliegen, lässt sich der Digitale Zwilling ‚trainieren‘, um ihm ein individuelles Normalverhalten zu vermitteln“, erklärt Gritzka. Dieses Normalverhalten werde dann permanent mit der laufenden Fertigung abgeglichen. Im Falle von Anomalien sollen mögliche Ursachen und Zusammenhänge dann über ein Benachrichtigungssystem kommuniziert bzw. automatisch korrigiert werden.
3D gedruckte Lithium-Ionen-Batterien
Die patentierte Technologie zum dreidimensionalen Druck von Batterien hat Blackstone selbst entwickelt. Sie soll für die Herstellung von Flüssig-Elektrolyt-Batterien ebenso geeignet sein wie für Festkörperbatterien. Mit der speziellen Blackstone 3D Drucktechnologie und den datenbasierten Technologien soll die Produktion nicht nur stabil, sondern auch hochgradig flexibel werden. Wobei die individuelle Prozessgestaltung unabhängig von Rahmenbedingungen und kundenspezifischen Geometrien möglich sei. Zudem werde die Energiedichte der neuartigen Batterien um 20 Prozent erhöht, während die Herstellungskosten im Vergleich zu den derzeit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterietechnologien sinken sollen. Gleichzeitig will Blackstone Investitionskosten mit der automatisierten Batterieherstellung im 3D Druck-Verfahren um bis zu 70 Prozent senken können.
„Durch den Verzicht auf lange Trocknungsstrecken und giftige Lösungsmittel können wir den Energieverbrauch bei der Elektrodenherstellung nachhaltig senken“, erklärt Serhat Yilmaz. Damit will das Unternehmen auch „eine wertvolle Basis“ für die zukünftige Herstellung neuer Festkörper- oder Solid-State-Batterien geschaffen haben, die in Sachen Energiedichte, Ladegeschwindigkeit und Sicherheit „neue Maßstäbe“ setzen sollen – bei gleichzeitig moderaten Kosten und Umwelteinflüssen.
Blackstone Technology baut derzeit eine Produktionslinie für 3D-gedruckte Batterie-Kleinserien im sächsischen Döbeln auf. Die kurzfristige Produktion werden Pouch-Zellen mit der Blackstone Thick Layer Technology sein, die eine 20 Prozent höhere Energiedichte in Lithium-Ionen-Zellen ermöglichen soll. Blackstone setzt das Entwicklungsprogramm für Festkörperbatterien und deren Produktionsprozess fort.
Quelle: Blackstone Technologies – Pressemitteilung vom 05.10.2021
