Batteriesimulation gehört schon seit Jahren zu den Forschungsschwerpunkten des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. Seit kurzem erweitert die Qualitätskontrolle diesen Forschungszweig. Der Fokus liegt dabei auf Elektroden und ihren Leiteigenschaften. Bei der Stuttgarter Leitmesse »Battery Show Europe« präsentiert das Institut seine Neuheiten in Halle 9 an Stand B85.
Im Mittelpunkt stehen die neuste Version des Batterie- und Elektrochemie-Simulationstools BEST sowie die Optimierung der Produktion von Lithium-Ionen Zellen und Batteriepacks. Für die Qualitätskontrolle von Batterieelektroden haben Forschenden im Projekt »INTENSE« eine völlig neue Messtechnik entwickelt, die ebenfalls in Stuttgart präsentiert wird.
Schichtdickenmessung: Gute Auflösung trotz hoher Eindringtiefe
Bisher wurden für die Qualitätskontrolle von Batterieelektroden entweder Sensoren eingesetzt, die zwar eine gute Signaleindringtiefe aufwiesen, aber dafür nur eine geringe Auflösung liefern konnten, oder aber breitbandige Terahertz-Sensoren, die zwar sehr hochauflösend sind, aber nur an dünnen Schichten mit geringer Absorption.
Die Forschenden des Fraunhofer ITWM konnten nun die Stärken der beiden Prozesse in einer neuen Sensorik verbinden. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik HHI entwickelten sie im Projekt INTENSE eine »kontaktfreie, hochauflösende Inline-Schichtdicken-Messtechnik für stark absorbierende Materialien«. Daraus hervorgegangen ist ein Demonstrator, der nach erfolgreichem Projekt in der Automobilindustrie eingesetzt wird.
Digitale Experimente im Computer: Physikalische Simulation von Li-Ionen Batterien
Im Bereich der Elektromobilität sind die Anforderungen an Lithium-Ionen-Batterien sehr hoch. Computersimulationen unterstützen beim Beurteilen der Performance möglicher neuer Batteriezellen und beim Verstehen der mikroskopischen Zusammenhänge.
Dafür wird am Fraunhofer ITWM das »Battery and Electrochemistry Simulation Tool« BEST eingesetzt, eine Software-Umgebung für die physikbasierte, dreidimensionale Simulation von Lithium-Ionen-Batterien. Es wird kontinuierlich erweitert und an die individuellen Bedürfnisse von Unternehmen angepasst.
Optimierte Produktion von Lithium-Batterien
An vielen Orten in Europa werden große Batteriefabriken gebaut, um den Bedarf an Zellen zu decken. Ist es möglich, die Produktion effizient zu gestalten, ohne dass die Qualität der Batterien darunter leidet? Auch hierauf hat das Fraunhofer ITWM eine praxisnahe Antwort: Aktuell forscht ein abteilungsübergreifendes Team an einem m Modell, welches einzelne Prozessschritte der Batterieproduktion simuliert, eine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle ermöglicht sowie Energiemanagement mit prädiktiver Regelung beinhaltet. Damit erhalten Industriepartner nicht nur wertvolle Informationen über den Herstellungsprozess von Batterien, sondern auch über ihre Alterung bei unterschiedlicher Beanspruchung.
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Quelle Text/Bild:
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
www.itwm.fraunhofer.de
Kaiserslautern, 17.06.2024
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