Warum die Revolution von Elektrofahrzeugen eine Weiterentwicklung von Batterien erfordert

Das große Thema heute ist das Streben nach Verbesserungen bei gleichzeitiger Wahrung und Erhöhung der Sicherheit von Batterien. Die Entwicklung und Optimierung der Zellchemie wird den Weg zu diesem Ziel ebnen, und wir sehen ständig neue Durchbrüche - wie Lithium-Schwefel-Batterien oder Festkörperelektrolyt-Batterien - die versprechen, sicherer zu sein und gleichzeitig eine höhere Energiedichte zu erreichen.

– Lalitha Subramanian, Senior Director and Fellow, BIOVIA
 

Simulationen sind in der Lage, komplexes Verhalten bereits ab der atomaren Ebene zu modellieren, und tragen so entscheidend zur Entwicklung sicherer und leistungsfähigerer Batterien bei.

• Molekulardynamiksimulationen helfen den Forschern bei der Identifizierung von Materialien, die die nächste Generation leistungsfähiger, widerstandsfähiger und kostengünstiger Batterien antreiben werden. 
• Finite-Elemente-Modellierungstechniken ermöglichen Entwicklern die Analyse von Spannung, Dehnung und Wärmeverteilung innerhalb von Batteriezellen und die Entwicklung robuster, thermisch effizienter Zellen.
• Mikrostruktursimulationen ermöglichen es Entwicklern Elektrolyt, Alterung, Sicherheit und Leistung von Batterien zu optimieren. 
• Simulationen auf Systemebene modellieren ganze Batteriepacks, von den Wechselwirkungen zwischen einzelnen Zellen und Batteriemanagementsystemen (BMS) bis hin zu Degradationsmechanismen.

Durch den reduzierten Prototypenbau und die Optimierung der „Right First Time“-Methode können wir außerdem Batterien der nächsten Generation produzieren und gleichzeitig Kosten senken sowie Markteinführungszeiten verkürzen.

– Rudy Pastuzak, Battery Industry Solution Experience Director, ENOVIA

Eine der größten Herausforderungen für die Batterielieferketten wird die Deckung der sprunghaft ansteigenden Nachfrage nach wichtigen Materialien wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Kupfer sein, vor allem, wenn neue Minen nicht schnell genug eröffnet werden – es kann nämlich mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis eine neue Mine in Betrieb genommen wird. Langfristige Partnerschaften werden für die Sicherstellung einer ausreichenden Versorgung von entscheidender Bedeutung sein. Das kann die Eröffnung neuer Minen bedeuten. Andere wiederum beginnen, sich ernsthaft mit dem Recycling zu befassen, nicht nur aus Gründen der Nachhaltigkeit, sondern auch als Quelle für Batteriewerkstoffe.

– Nicolas Vallin, Battery Expert, Transportation & Mobility Industry

Die Batteriezellenfabrik der Zukunft wird sehr groß sein und mehrere tausend Quadratmeter einnehmen. Das menschliche Mitwirken wird sich stark reduzieren, die Maschinen werden weitgehend automatisiert funktionieren, und autonome, fahrerlose Fahrzeuge (AGVs) werden weit verbreitet sein, sodass ein Betrieb rund um die Uhr möglich ist. Digitale Lösungen wie virtuelle Zwillinge werden dem Bediener die Entscheidungsfindung erleichtern und neue Funktionen wie vorausschauende Wartung, Fernüberwachung, intelligente Parametereinstellung oder intelligente Inline-Steuerung ermöglichen.

– Simon Mellier, Industry Process Consultant, DELMIA

Einer der Hauptvorteile virtueller Zwillinge bei der Entwicklung von Batterien besteht darin, dass sie eine effektive Zusammenarbeit zwischen den ansonsten getrennten Teilen der Wertschöpfungskette ermöglichen.

• Entwickler und Werkstofflieferanten können an einem einzigen Modell der Batteriefabrik zusammenarbeiten. 
• Maschinenbauer und die Konstrukteure von Batteriezellen können technische Modelle gemeinsam nutzen und das Hin und Her zwischen verschiedenen Konstruktionsteams reduzieren. 
• Prozessingenieure und Produktingenieure können die Durchführbarkeit der Produktion bewerten, den fehlerfreien Betrieb auf Anhieb sicherstellen und die Zeit bis zur Serienreife reduzieren. 
• Betriebsleiter können durch die Kombination von Modell- und Betriebsdaten Echtzeittransparenz herstellen und betriebliche Probleme erkennen und beheben.

– Simon Mellier, Industry Process Consultant, DELMIA

Simulation ermöglicht das virtuelle Testen verschiedener Fertigungsparameter, wie z. B. Elektrodenbeschichtung, Elektrolytmischung und Zellmontage, und kann die optimalen Bedingungen für eine gleichbleibende Qualität und Leistung ermitteln. Simulationen können auch zur Schulung von Mitarbeitern eingesetzt werden, um das Qualifikationsniveau zu erhöhen, die Einarbeitung zu beschleunigen und die Gesamtproduktivität zu verbessern. All dies kann zu besserer Qualität, höheren Erträgen, gesteigerter Effizienz sowie weniger Abfall und Kosten führen, was den Batterieherstellern einen Wettbewerbsvorteil verschafft.

– Rudy Pastuzak, Battery Industry Solution Experience Director, ENOVIA

Die Herstellung wirklich nachhaltiger Batterien ist eine komplexe und vielschichtige Aufgabe. Wer ein nachhaltiges und kreislauforientiertes Batterieunternehmen aufbauen will, muss:

• Materialien mit minimalen ökologischen und politischen Auswirkungen auswählen.
• Die Energieeffizienz optimieren, um Ressourcenverbrauch und Abfall zu begrenzen.
• Die Lebensdauer von Batterien verlängern, um die Entsorgung und den Austausch zu reduzieren.
• Bei der Konstruktion auf eine einfache Demontage und Regeneration der Komponentenwerkstoffe achten.
• Den Einsatz von recycelten Batterien in weniger anspruchsvollen und kritischen Anwendungen fördern.
• Die Beachtung von Regelungen wie dem Batteriepass sicherstellen.

– Lalitha Subramanian, Senior Director and Fellow, BIOVIA

All diese Herausforderungen erfordern eine klare Sicht auf das Produkt, die Fabrik und die Lieferkette. Virtual Twin Experiences bieten Batterieherstellern die nötige Transparenz, um erfolgreiche Kreislaufkonzepte für den gesamten Lebenszyklus von Batterien zu entwickeln.

– Nicolas Vallin, Battery Expert, Transportation & Mobility Industry