Il futuro della mobilità sostenibile è fortemente legato all’evoluzione delle tecnologie di accumulo dell’energia, in particolare alle batterie che alimentano veicoli elettrici e dispositivi di nuova generazione. La transizione energetica, fondamentale per affrontare le sfide ambientali e climatiche, richiede sistemi di accumulo sempre più avanzati e sostenibili. A questo scopo, il Center for Digitalized Battery Cell Manufacturing (ZDB) del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA, in collaborazione con acp systems AG, ha inaugurato un sistema innovativo di avvolgimento per celle di batterie cilindriche, promettendo di rivoluzionare la produzione nel settore.
Un’infrastruttura innovativa
Questo sistema di avvolgimento rappresenta una piattaforma di ricerca e produzione versatile, progettata per testare e sviluppare nuovi formati e componenti di celle. Con un’attenzione particolare ai design delle linguette, il nuovo sistema offre la possibilità di esplorare anche celle di grande formato, che si preannunciano come fondamentali per le tecnologie di batterie del futuro. La digitalizzazione e l’automazione dell’intero processo produttivo, dal rivestimento all’assemblaggio, fino alla formatura, rendono questo sistema il primo del suo genere al mondo.
Come sottolinea Julian Grimm, responsabile del team di ricerca presso Fraunhofer IPA e vicedirettore di ZDB, “In ZDB, siamo in grado di coprire tutte le fasi del processo coinvolte nella produzione di una cella della batteria. Il processo di avvolgimento è uno dei processi principali nella produzione di celle cilindriche, poiché il rotolo di gelatina è il fulcro della cella della batteria. Con l’introduzione del sistema di roccatura in funzione, abbiamo colmato una lacuna nella catena di processo completamente digitalizzata, in modo che la linea di produzione sia completa”.
Fasi di produzione e struttura della batteria
La produzione di celle per batterie è un processo complesso che implica circa una dozzina di fasi di lavoro. Durante il processo di avvolgimento, gli elettrodi positivo e negativo vengono arrotolati insieme a due separatori, formando così un rotolo di gelatina. Successivamente, il rotolo viene assemblato con precisione, un passaggio cruciale che richiede attenzione nei dettagli. Un elettrodo a barra viene inserito attraverso il foro centrale del rullo e utilizzato per saldare il rullo alla base del cilindro.
Tuttavia, il sistema di avvolgimento per celle cilindriche va oltre la semplice produzione; si configura come un centro di ricerca per lo sviluppo di formati e sistemi innovativi. Grimm spiega che “ciò che rende unico il nostro sistema è la sua flessibilità. Ci consente di realizzare diversi formati di celle in diverse dimensioni e design di linguette, come i disegni delle tabelle, che non hanno una linguetta saldata su di essi. La linguetta, uno stretto elemento terminale sull’anodo e sul catodo attraverso il quale l’elettricità deve fluire, è il punto di strozzatura nelle celle di grande formato”.
L’innovazione nel design delle celle
Con la crescente domanda di celle di grande formato, la sfida principale è garantire la raccolta della corrente e la dissipazione del calore. Grazie a design innovativi, il sistema permette una migliore conduzione elettrica e termica. “Siamo in grado di rispondere a questa sfida con il design delle linguette individuali. Nel design di un tavolo, ad esempio, la pellicola portante in alluminio e rame può servire a raccogliere la corrente e dissipare il calore, consentendo una maggiore conduzione di entrambi rispetto a una linguetta tradizionale”, afferma Grimm. Questi approcci permettono di ottenere celle più grandi e con più materiale attivo, aumentando così la densità di energia e prolungando l’autonomia dei veicoli elettrici.
Digitalizzazione e tracciabilità
La digitalizzazione dell’intero processo produttivo non è solo un passo verso l’efficienza, ma è anche cruciale per garantire la qualità. I sensori installati lungo la catena produttiva raccolgono dati in tempo reale, che vengono successivamente aggregati nel cloud. Questa innovativa tecnologia di tracciabilità sviluppata presso il Fraunhofer IPA consente di associare i dati alle celle di batteria prodotte, rendendo ogni singola cella analizzabile. La possibilità di monitorare le condizioni di produzione e la loro correlazione con la qualità finale rappresenta un enorme passo avanti nel settore.
Grimm sottolinea l’importanza di questi dati: “I design innovativi delle celle richiedono una riprogettazione e un’ottimizzazione dei processi produttivi, che possiamo studiare utilizzando il sistema di avvolgimento. La combinazione di un design innovativo delle celle e di approcci agili alla produzione è la chiave per soddisfare i requisiti di un panorama energetico in rapida evoluzione, consentendo lanci più rapidi sul mercato di nuove soluzioni e aprendo la strada a tecnologie di batterie sostenibili e di alta qualità”.
In questo contesto, i produttori e gli utenti di elettrodi, separatori e celle hanno la possibilità di testare prototipi e materiali, contribuendo a una ricerca più efficace e alla creazione di prodotti di qualità superiore.
