Fraunhofer und Varta 22.09.2021, 07:00 Uhr

Innovative Batterie-Produktion macht China Konkurrenz

Es gibt einen neuen Hot-Spot für die Batterie-Herstellung: Am Fraunhofer IPA hat das Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) eröffnet. Zusammen mit dem Industriepartner VARTA AG bringen sich Forschende in Stellung. Ihr Ziel: Die Konkurrenz aus Asien überholen.

Akku

Von einer effizienten Batterie-Produktion wird in Zukunft viel abhängen.

Foto: panthermedia.net/Olivier26

Es geht voran mit der Elektromobilität, und daran trägt China einen bedeutenden Anteil. Das aber nicht wegen innovativer Technologie made in China, sondern wegen der Importbeschränkungen für Verbrennermotoren. Das hat unter anderem die deutschen Automobilhersteller aus der Reserve gelockt. Der Markt wird sich in den kommenden Jahren ohne Frage noch kräftig weiterentwickeln, wobei aber ein neues Problem entstehen könnte. Denn aktuell kommen die Batteriezellen für die E-Autos vor allem aus China, Südkorea, Japan und den Vereinigten Staaten. Das soll sich ändern.

Ganz neues Material sticht Lithium-Ionen-Akkus aus

„Wenn die deutsche Industrie künftig nicht mehr von asiatischen Batteriezellenproduzenten abhängig sein soll, müssen wir in Deutschland und Europa nicht nur unseren Rückstand aufholen, sondern die Technologieführerschaft übernehmen“, sagt Alexander Sauer. Er leitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sowie das Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart. Das neue Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) soll dafür der Grundstein sein.

Bedarf an Batterien birgt Chancen für Wissenschaft und Wirtschaft

Ist es für eine Aufholjagd nicht längt zu spät? Dem mag Kai Peter Birke nicht zustimmen. Er ist Professor für Elektrische Energiespeichersysteme an der Universität Stuttgart und leitet das neue ZDB: „Der Aussage, der Zug für Batteriezellfertigung sei abgefahren, kann man keinesfalls zustimmen. Im Gegenteil: Gerade, weil zukünftig viele Gigawattstunden an Batteriekapazität benötigt werden, ist Spielraum für neue Akteure und verbesserte Ansätze vorhanden.“

Stellenangebote im Bereich Energie & Umwelt

Energie & Umwelt Jobs
Stadtwerke Südholstein GmbH-Firmenlogo
Ingenieur der Elektro- oder Energietechnik als Leiter Planung und Netzbetrieb Strom (m/w/d) Stadtwerke Südholstein GmbH
Pinneberg Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Baukoordination und Qualitätssicherung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Projektierung Netze Strom / Gas (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Klinikverbund Südwest-Firmenlogo
Strahlenschutzbeauftragter (m/w/d) Klinikverbund Südwest
Sindelfingen Zum Job 
Klinikverbund Südwest-Firmenlogo
Strahlenschutzbeauftragter (m/w/d) Klinikverbund Südwest
Sindelfingen Zum Job 
Bruno Bock Group-Firmenlogo
Project Manager (m/w/d) Energy Management Bruno Bock Group
Landeshauptstadt Düsseldorf-Firmenlogo
Leitung des städtischen Krematoriums (m/w/d) für das Garten-, Friedhofs- und Forstamt Landeshauptstadt Düsseldorf
Düsselodrf Zum Job 
Hochschule Reutlingen-Firmenlogo
Akademische:r Mitarbeiter:in "Wärmewende" (m/w/x) Hochschule Reutlingen
Reutlingen Zum Job 
IPH Institut "Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik" GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik LV (m/w/d) IPH Institut "Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik" GmbH
Berlin-Marzahn Zum Job 
Recogizer-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) KI-gestützte CO2-Reduktion Recogizer
Pfisterer Kontaktsysteme GmbH-Firmenlogo
High Voltage Testing Specialist (w/m/d) Pfisterer Kontaktsysteme GmbH
Winterbach Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektleiterinnen / Projektleiter Energiewirtschaft (w/m/d) Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Universitätsklinikum Leipzig-Firmenlogo
Projektleiter Infrastrukturmaßnahmen (m/w/d) Bereich 5 - Bau und Gebäudetechnik Universitätsklinikum Leipzig
Leipzig Zum Job 
Mall GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Wasserwirtschaft / Umweltwissenschaft (m/w/d) Mall GmbH
Donaueschingen Zum Job 
Stadtwerke Bad Vilbel GmbH-Firmenlogo
Referent Regulierungsmanagement (m/w/d) Stadtwerke Bad Vilbel GmbH
Bad Vilbel Zum Job 
Stadt Mannheim-Firmenlogo
Projektleitung Strategie / technische Konzepte (m/w/d) Stadt Mannheim
Mannheim Zum Job 
VGH Versicherungen-Firmenlogo
Energiemanager (m/w/d) VGH Versicherungen
Hannover Zum Job 
UGS GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Integritätsbewertung (m/w/d) UGS GmbH
Mittenwalde, deutschlandweiter Einsatz Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Junior Ingenieur Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (m/w/d) ILF Beratende Ingenieure GmbH
München Zum Job 
Stadt Fellbach-Firmenlogo
Projektleitung Wärmeplanung (m/w/d) Stadt Fellbach
Fellbach Zum Job 

Sauer und Birke sind sich einig: Der Schlüssel für den Erfolg sei die Digitalisierung der Batteriezellenproduktion. Damit wäre der Pfad der nächsten Jahre für das ZDB gesteckt. Die wichtigsten Bausteine sind bereits vorhanden. Denn in den vergangenen drei Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IPA gemeinsam mit Mitarbeitenden der VARTA AG die Hauptbestandteile der Prozesskette der Batteriezellenproduktion im Labormaßstab nachgebaut. Die einzelnen Stationen haben sie im Anschluss miteinander vernetzt.

Digitaler Zwilling bildet die Batteriezellen-Produktion ab

Bei dieser Vernetzung über die gesamte Prozesskette hinweg entstehen große Datenmengen (Big Data). Die Forschenden sammeln diese Daten und werten sie aus, um die Produktion weiter zu verbessern. Künftig wird das in Echtzeit passieren. Dafür richten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen sogenannten digitalen Zwilling ein, der die Herstellung virtuell abbildet. Ineffiziente Abläufe können auf diese Weise schnell identifiziert und abgewandelt werden. Ein gutes Beispiel ist dafür die Elektrolytbefüllung. Wenn dieser wichtige Arbeitsschritt während der Montage präziser ausgeführt wird, wirkt sich das später auf die Performance der fertigen Batteriezelle aus – sie wird leistungsfähiger.

Batterie voll oder leer? Dieser einfache Trick zeigt es in Sekunden

Ein wichtiger Ansatz im ZDB ist zudem eine große Flexibilität. Die Forschenden haben keinen Zweifel daran, dass sich die Fertigung von Batterien im Laufe der nächsten Jahre verändern wird. Deswegen planen sie Fabriken so, dass sie mit relativ wenig Aufwand umgestaltet werden können. Sie sollen also von vornherein wandlungsfähig sein, um Zeit und Kosten zu sparen. Neben dem verwendeten Material betrachten die Experten daher auch Energie- und Informationsflüsse in der Batteriezellenproduktion und setzen sie zueinander in Beziehung. Zu dem realen Fabriklayout können sie ein ideales Fabriklayout entwickeln und die Differenzen aufzeigen.

Batterien mit höherer Energiedichte sind das Ziel

Die Forschenden haben dabei starke Hilfe an ihrer Seite: Die VARTA AG hat viel Erfahrung mit der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien. Gemeinsam wollen die Partner einsatzfähige Festkörperbatterien produzieren, die eine deutlich höhere Energiedichte aufweisen sollen als bisherige Batteriezellen. Wenn das gelingt, könnte die Technologieführerschaft wieder in Deutschland liegen. „Industrie und Forschung gehen im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion eine Symbiose ein, die beide Seiten weiterbringt“, sagt dazu Joachim Montnacher, der am Fraunhofer IPA das Geschäftsfeld Energie leitet.

Mehr lesen zum Thema Batterieforschung:

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.