Damit ist bewiesen: Das Drucken von Batteriezellen nach dem von Blackstone patentierten Verfahren senkt die Materialkosten durch bessere Ausnutzung inaktiver Materialien (weniger Kollektorfolien und Separatoren) um 20 €/kWh. „Dieses Ergebnis wurde durch unabhängige Experten im Auftrag des Fördermittelgebers Innosuisse geprüft und bestätigt“, so Yilmaz. Auf dieser Grundlage wurde nun durch die Innosuisse eine weitere Geldtranche für das Projekt freigegeben, mit der Blackstone weitere Modelle zum Drucken von Festkörperbatterien erstellen wird. Die Simulation hat auch gezeigt, dass die Produktionskosten um ca. 20% gesenkt werden können.

Zyklische Optimierung des Produktionsprozesses mit künstlicher Intelligenz

Parallel zu diesem Validierungsverfahren hat Blackstone Technology mit dem sächsischen Unternehmen Symate GmbH eine künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, die noch bis Dezember 2021 in die Fertigung gedruckter Elektroden und Batteriezellen integriert wird. „Damit können die von der BFH erarbeiteten mathematischen Modelle erstmalig mit Daten aus dem KI-Life-System gefüttert werden“, erklärt Yilmaz. „Unsere Produktionsprozesse können wir so zyklisch und in Echtzeit optimieren.“ Von der Prüfung der Ausgangsstoffe über die Rezeptwahl, Prozessierung bis hin zur Herstellung der Batteriezelle können damit alle relevanten Parameter in ein System erfasst, optimiert und mittels KI-Vorhersagen analysiert werden.

Der besondere Vorteil: Durch den Einsatz von KI werden Wechselwirkungen sichtbar, der hochgradig komplexe und datenintensive 3D Druck lässt sich damit sogar in der Serienfertigung sicher beherrschen. Dabei setzt Blackstone auf das Prinzip des Digitalen Zwillings.

Digitaler Zwilling für 3D-gedruckte Batterieelektroden

Die neue Blackstone-Produktion im sächsischen Döbeln steht ganz im Zeichen von Digitalisierung und Industrie 4.0. Standard: „Wir möchten anfallende Datenmengen im laufenden Fertigungsprozess analytisch auswerten und den Prozess auf Basis dieser Daten regeln“, erklärt Holger Gritzka, CEO und Geschäftsführer der Blackstone Technology GmbH in Döbeln. „Hierfür werden wir ein neu entwickeltes Cyberphysisches Produktionssystem (CPPS) einführen.“ Das CPPS kreiert auf Basis und mithilfe künstlicher Intelligenz einen digitalen Zwilling für jeden Prozess der einzelnen Energiezellen. „Sobald ausreichend analysierte Daten vorliegen, lässt sich der Digitale Zwilling ‚trainieren‘, um ihm ein individuelles Normalverhalten zu vermitteln“, erklärt Gritzka. Dieses Normalverhalten wird dann permanent mit der laufenden Fertigung abgeglichen. Im Falle von Anomalien werden mögliche Ursachen und Zusammenhänge dann über ein Benachrichtigungssystem kommuniziert bzw. automatisch korrigiert.

3D gedruckte Lithium-Ionen-Batterien

Die patentierte Technologie zum dreidimensionalen Druck von Batterien hat Blackstone selbst entwickelt. Sie ist für die Herstellung von Flüssig-Elektrolyt-Batterien ebenso geeignet wie für Festkörperbatterien.

Mit der speziellen Blackstone 3D Drucktechnologie und den datenbasierten Technologien wird die Produktion nicht nur stabil, sondern auch hochgradig flexibel (die individuelle Prozessgestaltung ist unabhängig von Rahmenbedingungen und kundenspezifischen Geometrien möglich). Zudem wird die Energiedichte der neuartigen Batterien um 20% erhöht, während die Herstellungskosten im Vergleich zu den derzeit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterietechnologien sinken. Gleichzeitig kann Blackstone Investitionskosten mit der automatisierten Batterieherstellung im 3D Druck-Verfahren um bis zu 70% senken.

„Durch den Verzicht auf lange Trocknungsstrecken und giftige Lösungsmittel können wir den Energieverbrauch bei der Elektrodenherstellung nachhaltig senken“, erklärt Serhat Yilmaz. „Damit haben wir auch eine wertvolle Basis für die zukünftige Herstellung neuer Festkörper- oder Solid-State-Batterien geschaffen, die in Sachen Energiedichte, Ladegeschwindigkeit und Sicherheit neue Maßstäbe zu setzen – bei gleichzeitig moderaten Kosten und Umwelteinflüssen.“