Digitale Pusher Fraunhofer-Forscher beschleunigen die Fertigung stärkerer Batterien

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Nach Meinung der Forscher vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) aus Kaiserslautern muss die Batteriefertigung digital sein, um Neues schneller auf den Weg zu bringen ...

Die Nachfrage nach Batterien für Elektroautos und Energiespeicher wächst rasant. Damit ihre Herstellung zuverlässig und effizient funktioniert, setzt das Fraunhofer ITWM auf digitale Simulationstools und innovative Messsysteme, wie man erfährt. Man entwickelt dort Modelle für zentrale Schritte der Batteriefertigung, die sich über die ganze Produktionskette hinweg erstrecken, heißt es weiter – etwa für das Mischen, Beschichten oder Trocknen der Elektroden. So ließen sich Prozesse digital analysieren und optimieren, noch bevor sie in der Fabrik umgesetzt würden. Die virtuellen Abbilder helfen laut Aussage der Experten dabei, Fehler zu vermeiden, die sonst erst im Produktionsprozess auftreten. Auf der Battery Show 2026 in Stuttgart in Halle 1 präsentiert das ITWM vom 9. bis 11. Juni seine Expertise. Aber schauen wir uns mal im Vorfeld an, was da so passiert ...

Simulationssoftware findet Fehler, bevor sie in der Praxis schaden

Mit dem Battery and Electrochemistry Simulation „Tool BEST“ stellt die Abteilung Strömungsprozesse beispielsweise eine Simulationssoftware zur Verfügung, mit der sich Lithium-Ionen-Batterien dreidimensional am Computer modellieren lassen. Das klappe von den Elektrodenmikrostrukturen bis zum Verhalten kompletter Zellen. Der Leistungsumfang von BEST ist breit gefächert. Er reicht deshalb vom Prognostizieren der Zellleistung über die Optimierung von Ladestrategien bis hin zur Möglichkeit, Alterungs- und Degradationsphänomene zu untersuchen. So lässt sich also vorhersagen, wie sich Batterien im Betrieb verhalten. Zelleigenschaften werden dabei durch physikalisch basierte Simulationen an virtuellen Kopien von realen Batterien prognostiziert. Man untersucht etwa auch, welchen Einfluss Designparameter auf das Batterieverhalten haben – zum Beispiel die Schichtdicke der Elektroden, mit denen die Akkus spezifiziert werden. Weitere Einflussfaktoren heißen Materialeigenschaften und Einsatzszenarien. BEST ist außerdem mit anderen Software-Tools kombinierbar und auch als Bestandteil des Moduls „BatteryDict“ der „GeoDict“-Software des ITWM-Spin-offs „Math2Market“ verfügbar, die die Kaiserslautener anmerken. Künftig sollen auch Simulationen über eine Web-Plattform in der Fraunhofer-Cloud möglich sein, ohne BEST direkt installieren zu müssen.

Auch der Schäumprozess zur Isolierung kann simuliert werden

Ebenfalls zum Portfolio gehört mit FOAM ein Softwaretool, das im Kontext der Batterieproduktion die Ausschäumung von Batteriemodulen simuliert, wie man weiter erfährt. Batteriezellen in einem Batteriemodul müssen nämlich zum Schutz vor Überhitzung thermisch voneinander isoliert und mechanisch fixiert werden. Um das zu erreichen, werden zylindrische Zellen häufig nebeneinander angeordnet und die Zwischenräume mit einem Schaum ausgefüllt. Dabei schäumt das zunächst flüssige Füllmedium auf, härtet aus und bildet den festen Schaum, der die Zellen umschließt und voneinander abschottet. Mit FOAM könne man die Ausbreitung und die Ausdehnung des Schaumes und dessen Homogenität simulieren und anhand der Ergebnisse bereits im Voraus untersuchen, ob alle Bereiche erreicht würden, die gefüllt werden müssten. Nachdem der Schäumprozess dann in der Praxis abgeschlossen ist, muss die Lage der Zellen kontrolliert werden. Das soll sicherstellen, dass sich die Zellpositionen während des Aushärtens nicht geändert haben. Befinden sich die Zellen in der gewünschten Position und ist die Dicke der Schicht, die die Zellen bedeckt, homogen, sind die Fragen, die hier beantwortet werden. Dabei kommt die Terahertz-Messtechnik des Fraunhofer ITWM für eine präzise Qualitätskontrolle ins Spiel. Sie nutzt elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich zwischen Mikrowellen und Infrarot, um Materialien kontaktlos und zerstörungsfrei zu prüfen ...

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