Control de calidad basado en IA para la producción sostenible de baterías

Moritz Kroll, jefe de equipo de Ciencia de Datos de Baterías en el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE), creará el grupo de investigación júnior independiente NADINE (Ciencia de Datos de Baterías) en la Universidad de Friburgo, como parte del programa BattFutur-Grupos de Investigación Júnior en Investigación de Baterías. El proyecto interdisciplinario comenzará en febrero de 2026 en INATECH, Facultad de Ingeniería, y tendrá una duración de cinco años. Se centrará en métodos basados ​​en datos para el control de calidad no destructivo de celdas de batería que reduzcan el consumo de recursos críticos en la fabricación.

La producción de celdas de batería se enfrenta a retos considerables: las nuevas instalaciones de producción, e incluso las fábricas consolidadas, generan cantidades significativas de residuos. Si bien los métodos actuales de pruebas eléctricas permiten registrar parámetros funcionales básicos, solo proporcionan información limitada sobre defectos críticos para la seguridad dentro de las celdas.

Aquí es donde entra en juego el grupo de investigación junior independiente NADINE: “Seguiremos desarrollando métodos no destructivos para el análisis de celdas de batería. Los métodos innovadores de control de calidad son un requisito fundamental para una producción europea competitiva de celdas de batería y para el desarrollo de baterías seguras y duraderas», explica Moritz Kroll, líder del grupo, quien ha conseguido una financiación de aproximadamente 2,3 millones de euros para el grupo de investigación del Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio de Alemania (BMFTR).

Un control de calidad más preciso tendría importantes implicaciones ecológicas y económicas: según cálculos de Fraunhofer ISE, reducir la tasa de rechazo en tan solo un punto porcentual en una planta de producción de 10 GWh reduciría las emisiones anuales de CO2 en unas 5.000 toneladas y el consumo de materias primas críticas como el litio y el cobalto.

El factor decisivo no es solo la detección de defectos en sí, sino también su localización espacial y clasificación dentro de la celda. Esta información de ubicación permite extraer conclusiones sobre los distintos pasos y parámetros de producción y ajustar la producción de forma ágil y oportuna.

Investigación sobre baterías y ciencia de datos

El proyecto de investigación combina la experiencia en la investigación de baterías con métodos de ciencia de datos e inteligencia artificial, en colaboración con investigadores de la Universidad Técnica de Dresde y la Universidad de Auckland (Nueva Zelanda). Se centra en enfoques prometedores como la tomografía ultrasónica y la caracterización del comportamiento de expansión de las celdas de batería. Mediante la digitalización sistemática de los procesos de investigación y desarrollo, es posible vincular los datos en las distintas etapas de la cadena de valor de las baterías. Se emplean métodos de aprendizaje automático para identificar nuevas correlaciones entre los parámetros de fabricación, la gestión operativa, el estado de salud y la seguridad. De acuerdo con el principio FAIR (Fácil de encontrar, accesible, interoperable y reutilizable) para la gestión de datos, los conjuntos de datos se ponen a disposición mediante un enfoque de ciencia abierta.

Otro enfoque se centra en la evaluación de baterías para uso secundario: tras su uso en vehículos eléctricos, las baterías pueden reutilizarse en sistemas estacionarios de almacenamiento de energía, siempre que su estado pueda evaluarse de forma fiable y eficiente. El desarrollo de métodos adecuados puede contribuir significativamente a la economía circular y a la reducción de la huella de carbono de los sistemas de almacenamiento de energía. «El proyecto combina de forma ideal la investigación básica con aplicaciones concretas para la industria», explica el profesor Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE.

El grupo de investigación junior independiente, compuesto por cinco miembros, tendrá su sede en el Centro de Almacenamiento de Energía Eléctrica del Fraunhofer ISE en Friburgo y se fusionará con el grupo existente. El ISE le otorgará acceso a su infraestructura de investigación, y el grupo se beneficiará de las oportunidades para la producción y caracterización de células en un entorno de prueba seguro. Un consejo asesor industrial acompañará el proyecto y garantizará la continua relevancia de las aplicaciones y la explotación oportuna de los resultados en la industria alemana.

“Nos complace seguir fortaleciendo la fructífera colaboración entre la Universidad de Friburgo y Fraunhofer ISE con el grupo de investigación júnior NADINE”, afirma Frank Balle, decano de la Facultad de Ingeniería. “La combinación de la investigación en baterías y la ciencia de datos en INATECH es un pilar fundamental para la investigación en sistemas de almacenamiento de energía sostenible. El Dr. Kroll aporta una experiencia excepcional para el desarrollo de soluciones prácticas en esta interfaz entre la investigación básica y la aplicación industrial”.

BattFutur

La financiación se proporciona en el marco de "BattFutur – Grupos de Investigación Júnior en Investigación de Baterías", que forma parte del concepto general "Investigación de Baterías" del BMFTR.

Con este programa, el ministerio apoya a jóvenes científicos en la creación de grupos de investigación independientes que trabajan en la intersección entre la investigación básica académica y la investigación orientada a la aplicación. El objetivo es fortalecer la innovación en el campo de la investigación de baterías y contribuir al establecimiento de una cadena de valor de baterías sostenible y competitiva en Alemania.