BatWoMan verduurzaamt batterijcelproductie
Minder energieverbruik en minder giftige oplosmiddelen
De huidige productie van kathoden voor batterijcellen in e-voertuigen vreet energie en betrekt bovendien giftige oplosmiddelen. Het project 'BatWoMan' is gericht op een duurzamere batterijcelproductie.
Over BatWoMan
'Carbon Neutral European Battery Cell Production with Sustainable, Innovative Processes and 3D Electrode Design to Manufacture.' Zo heet het project BatWoMan-project voluit.
Het doel is een duurzame procesketen voor celproductie te ontwikkelen en deze samen met gerenommeerde industriële partners tot volle wasdom te brengen.
Het AIT Austrian Institute of Technology, het Karlsruhe Institute of Technology, Fundació CIDETEC, Matthews International, de Universiteit Duisburg-Essen en de RISE Research Institutes of Sweden zijn erbij betrokken.
Huidige batterijcelproductie is gebrekig
Energievretend
Het huidige productieproces voor batterijcellen vereist een beschermde atmosfeer. Onder meer de temperatuur en het luchvochtgehalte moeten constant blijven, wat energie vreet enorm veel energie.
"Zelfs in onze relatief kleine onderzoeksruimte wordt elk uur zo'n 7.000 m³ lucht gecirculeerd", vertelt Projectcoördinator Katja Fröhlich (AIT Austrian Institute of Technology). Zij leidt het onderzoek naar Sustainable and Smart Battery Manufacturing. "Het drogen gebeurt elektrisch of met gas om het dauwpunt op min veertig tot zestig graden te houden. Bovendien is een koeleenheid nodig om de kamertemperatuur in elk seizoen constant te houden."
giftige solventen betrokken in kathodenproductie
"Bij de gebruikelijke productieprocessen worden de kathoden verwerkt met giftige oplosmiddelen en zijn verschillende droogstappen nodig. Wij willen de giftige oplosmiddelen grotendeels vervangen door water en de noodzaak van drogen aanzienlijk verminderen. Dat is wat we in het project doen.”
Efficiëntere elektrolytvulling
“Viskeuze anode- en kathodeslurries maken het mogelijk om het droogprocess te integreren in de elektrodenverdichting. Na de verdichting zijn de elektroden gestructureerd (elektroden met 3D-structuur). Bijgevolg kan het vullen van het elektrolyt sneller en efficiënter, met minder elektrolyt. Dit nieuwe, innovatief productieproces bespaart kosten."
"De elektrodenproductie is op waterbasis, dus hoeven de afzonderlijke stappen niet meer in een beschermde atmosfeer te verlopen. We zouden al veel energie besparen als alleen het vullen van het elektrolyt en het verdichten in een beschermde atmosfeer plaatsvinden en de voltooide celstapel vervolgens gewoon in een drooginstallatie kan worden gedroogd."
Automatisering van vormingsproces
"Na het vullen van de elektrolyt volgt de vorming. Dit is wanneer de anode en de kathode voor het eerst met elkaar in contact komen. Dit proces is gebaseerd op zeer lage stromen en duurt daarom lang. Soms ontstaan er gassen die moeten worden afgezogen. Bovendien is de benodigde ruimte groot en bedraagt deze ongeveer dertig procent van de totale productie-oppervlakte. Een proces dat we in het BatWoMan project willen optimaliseren met automatisering.”
Batterij Data Space
BatWoMan is gericht op mobiliteitstoepassingen. "Dit houdt zowel recycling als hergebruik in. In beide gevallen is het van groot belang dat relevante celbouwprocessen kunnen worden opgeslagen en uitgelezen in de Battery Data Space. Dit geeft info over de ladingstatus en gezondheid van de batterijcellen."
"In de Battery Data Space worden ook de energiegegevens van de batterij opgeslagen, zodat de werkelijke CO2-voetafdruk van de cel aan het eind van de productie kan worden afgelezen. Zo kunnen fabrikanten hun productieprocessen energie-efficiënter maken."
Een dergelijk platform spreekt ook voor de steeds meer gedifferentieerde automobielsector, waarin aan een tractiebatterij voor een kleine gezinsauto andere eisen worden gesteld dan aan een tractiebatterij voor een sportwagen of een minibus. Er kan dan worden gekozen tussen criteria als lage kosten, groot bereik of snelle levering van veel energie. Deze eisen laten zich eveneens in parameters op een dergelijk platform in kaart brengen.”
Relevantie voor recyclingbedrijven
“Niet bij elke Li-ionbatterij is het aan de buitenkant duidelijk welke de hoofdbestanddelen zijn. Kennis van die materialen helpt om de scheiding te optimaliseren. Verschillende energieopslagsystemen bevatten verschillende soorten materialen. Recycling vergt ook een energie-input en veroorzaakt kosten."
"Om te kunnen afwegen in hoeverre welk recyclingproces werkelijk zinvol is, hebben wij ook gegevens nodig zoals de dikte en materiaalsamenstelling van de elektroden. Als energieopslagapparaten bijvoorbeeld kobalt, nikkel of mangaan bevatten, moeten deze materialen worden gescheiden voordat het recyclingproces begint.”
Toegang tot Battery Data Space via batterijpaspoort
“Er wordt gewerkt aan een Europees of zelfs wereldwijd batterijpaspoort. De verantwoordelijke organisaties zijn geïnteresseerd in de wijze waarop het door ons ontwikkelde platform op dit niveau kan worden geïntegreerd. Wij zijn natuurlijk ook het aanspreekpunt hiervoor. Uiteindelijk zal via deze verordeningen moeten worden verduidelijkt wie uiteindelijk toegang krijgt tot welke informatie."
"Het BatWoMan-project moet ervoor zorgen dat het platform beschikbaar is wanneer de verordeningen van kracht worden. In het project bekijken we wat voor soort dataruimte je nodig hebt en hoe je die kunt implementeren. Vervolgens creëren we het platform en bekijken we welke gegevens kunnen worden gelezen en hoe. Aangezien ook dataopslag energie kost, onderzoeken wij hoe dit zo efficiënt mogelijk kan.”
Productie in EU gericht op duurzaamheid en kwaliteit
Tot voor kort situeerde meer dan tachtig procent van de wereldwijde batterijcelproductie zich in Azië (China). De laatste maanden werden er echter veel Europese productiefaciliteiten aangekondigd – door zowel Europese als Aziatische fabrikanten. De Europese celproducenten richten zich sterk op duurzame productiemethoden.
“Conventionele batterijcelproductie gaat gepaard met een hoog percentage afgekeurde cellen. Met hoge kwaliteitsnormen kan dit aandeel naar omlaag en valt er veel te besparen. Door recyclingopties vanaf het begin in te plannen, is in elk geval de hoeveelheid eigen materialen van het bedrijf in de cyclus te verminderen.
Lees het oorspronkelijke artikel op Innovation Origins