Blackstone: 3D-Druck von Batteriezellen spart Materialkosten von 20 Euro pro Kilowatt

Batteriezellen oder Feststoffkörperbatterien einfach per dreidimensionalen (3D)-Druck produzieren. Dies ist die Idee des Schweizer Unternehmens Blackstone Resources AG. Es hat seinen Prozess nun von der Berner Fachhochschule mittels einer komplexen Produktionssimulation validieren lassen. „Bei dem Validierungsverfahren sind mehr als 250 Prozess- und 90 Produktparameter eingeflossen, um diese einzigartige Produktionstechnik mit unserem Benchmark-Modell zu verifizieren“, erklärt Marketing-Vorstand Serhat Yilmaz.

Die Ergebnisse zeigen nun die Einsparungen bei den Materialkosten. Das Drucken von Batteriezellen nach dem von Blackstone patentierten Verfahren senkt demnach die Materialkosten durch bessere Ausnutzung inaktiver Materialien – weniger Kollektorfolien und Separatoren – um 20 Euro pro Kilowatt. „Dieses Ergebnis wurde durch unabhängige Experten im Auftrag des Fördermittelgebers Innosuisse geprüft und bestätigt“, so Yilmaz. Auf dieser Grundlage habe Innosuisse nun auch weitere finanzielle Mittel freigegeben, um eine Analyse zum Drucken von Festkörperbatterien zu erstellen. Auch hier würden Einsparungen bei den Produktionskosten von rund 20 Prozent erwartet, wie eine Simulation bereits gezeigt habe.

Parallel zum Validierungsverfahren habe die sächsische Firma Symate bereits eine künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, die Blackstone noch bis zum Jahresende in die Fertigung gedruckter Elektroden und Batteriezellen integrieren will. Aufgrund der von der Berner Fachhochschule erarbeiteten mathematischen Modelle könnte so erstmalig mit Daten aus dem KI-Life-System gefüttert werden. „Unsere Produktionsprozesse können wir so zyklisch und in Echtzeit optimieren“, so Yilmaz. Von der Prüfung der Ausgangsstoffe über die Rezeptwahl, Prozessierung bis hin zur Herstellung der Batteriezelle könnten damit alle relevanten Parameter in ein System erfasst, optimiert und mittels KI-Vorhersagen analysiert werden. Der Einsatz von KI lasse zudem Wechselwirkungen sichtbar werden.

Für den komplexen und datenintensiven 3D-Druck in der Serienfertigung setzt Blackstone auf das Prinzip des Digitalen Zwillings. Die Produktion entsteht im sächsischen Döbeln. „Wir möchten anfallende Datenmengen im laufenden Fertigungsprozess analytisch auswerten und den Prozess auf Basis dieser Daten regeln“, sagte Holger Gritzka, CEO und Geschäftsführer der Blackstone Technology GmbH in Döbeln. „Hierfür werden wir ein neu entwickeltes Cyberphysisches Produktionssystem (CPPS) einführen.“ Dieses System kreiert mithilfe künstlicher Intelligenz einen digitalen Zwilling für jeden einzelnen Prozess.  „Sobald ausreichend analysierte Daten vorliegen, lässt sich der Digitale Zwilling ‚trainieren‘, um ihm ein individuelles Normalverhalten zu vermitteln“, erklärte Gritzka weiter. Dieses Normalverhalten werde permanent mit der laufenden Fertigung abgeglichen. Bei Anomalien würden mögliche Ursachen und Zusammenhänge dann über ein Benachrichtigungssystem kommuniziert oder automatisch korrigiert.

Nach Angaben von Blackstone ist sein patentiertes 3D-Druckverfahren für die Herstellung von Flüssig-Elektrolyt-Batterien ebenso geeignet wie für Festkörperbatterien. Zudem wird die Energiedichte der neuartigen Batterien um 20 Prozent erhöht, wie der Hersteller erklärt. Die Herstellungskosten sinken dagegen im Vergleich zu den derzeit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterietechnologien. Auch bei den Investitionskosten sei die 3D-Drucktechnologie um bis zu 70 Prozent günstiger als eine automatisierte Batterieherstellung.