Peranan teknologi vakum dalam pembangunan mobiliti elektrik 11 Oktober 2021

Teknologi vakum adalah relevan dengan kualiti dan keselamatan pelbagai peringkat dalam pengeluaran bateri lithium-ion. Para pakar vakum di Leybold telah menyokong pengeluar bateri lithium-ion dalam proses dan cabaran teknologi mereka selama bertahun-tahun dan, oleh itu, telah terlibat secara mendalam dalam pembangunan mobiliti elektrik.

Mobiliti elektrik adalah trend terkini dalam persekitaran pasaran yang sangat dinamik. "Dari perspektif teknologi vakum, kami telah memantau evolusi ini dengan dekat selama bertahun-tahun," kata Dr. Sina Weiss, Pengurus Pembangunan Perniagaan di Leybold GmbH. "Mendapatkan peluang untuk membantu membentuk perkembangan dan penyelidikan semasa adalah sangat menarik," tambahnya.  
 
Pada pendapatnya, salah satu tugas utama adalah untuk menentukan aplikasi dan pasaran vakum baru daripada teknologi dan perkembangan baru seawal mungkin. Oleh itu, peranan strategik teknologi vakum adalah untuk membolehkan dan memajukan perkembangan ini. Sebagai contoh, reka bentuk persekitaran vakum adalah faktor yang boleh memberi pengaruh positif terhadap proses. Vakuum sering digunakan semasa tahap pengisian elektrolit untuk memastikan sel disaturasi secara merata dengan elektrolit dan untuk memberikan kesucian kepada proses pengisian.

Leybold mengkaji perkembangan dalam bidang ini dan mengenal pasti peluang untuk aplikasi vakum dalam proses pembuatan bateri lithium-ion. Oleh kerana pada awalnya terdapat sedikit maklumat mengenai proses pembuatan komponen lithium-ion, syarikat itu bergabung dengan Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) dan Pengerusi Kejuruteraan Pengeluaran Komponen E-Mobiliti di Universiti RWTH Aachen untuk mewujudkan proses pembuatan. Selain daripada bateri lithium-ion, Leybold juga telah memberi tumpuan kepada perkembangan dalam sel bahan bakar. Proses vakum yang berkenaan sudah mula muncul, termasuklah pelapisan plat bipolar di bawah vakum. Di sini, adalah penting untuk memerhatikan perkembangan teknologi dalam beberapa tahun akan datang dan, jika perlu, memberikan sokongan melalui kerjasama. 
 
Teknologi vakum digunakan dalam pelbagai langkah proses dalam pembuatan elektrod serta dalam penyelidikan dan pembangunan. Oleh itu, Leybold bekerjasama rapat dengan mesin dan kilang. 
pengeluar yang membekalkan pengeluar bateri dengan kilang pengeluaran. Selain itu, Leybold bekerjasama dengan pengeluar bateri serta institusi yang menjalankan penyelidikan untuk mengembangkan teknologi bateri.

Sebahagian besar pengeluaran terus berlaku di Asia. Namun, banyak penyelidikan dan pembangunan sedang beralih ke Eropah, menjadikan EU (dan khususnya Jerman) lebih penting sebagai lokasi penyelidikan dan pengeluaran. 
 
Teknologi vakum digunakan dalam pengeluaran sel bateri serta dalam proses seperti 
penerapan bahan aktif pada elektrod. Secara umum, udara adalah faktor yang mengganggu dalam banyak persekitaran pengeluaran kerana berjuta-juta zarah dan molekul gas mempunyai pengaruh negatif terhadap langkah pengeluaran ini, kadangkala bahkan menjadikannya mustahil. Apabila mencampurkan slurry, zarah dan gelembung udara mesti dielakkan untuk mencapai produk yang berkualiti tinggi. Oleh itu, kebanyakan pengadun beroperasi di bawah vakum," jelas Dr. Sina Weiss.

Vakuum juga penting semasa tahap pengeringan untuk mengeluarkan walaupun jumlah pelarut dan kelembapan yang paling kecil yang tinggal. Tanpa vakum, proses pengeringan perlu dilakukan pada suhu yang jauh lebih tinggi dan akan mengambil masa yang lebih lama. Ini akan memberi kesan negatif terhadap kualiti elektrod. Sebagai segera setelah elektrolit dimasukkan ke dalam langkah proses seterusnya, vakum mengambil aspek keselamatan, kerana banyak daripada elektrolit yang digunakan adalah sangat reaktif dan mudah terbakar. Vakum berkualiti tinggi adalah penting di sini. Di satu pihak, ia memberikan kesucian kepada proses supaya tiada zarah atau kelembapan dapat memasuki sel semasa pengisian elektrolit dan pengurangan gas. Sebaliknya, ia menyediakan persekitaran reaksi rendah tanpa oksigen atau kelembapan yang boleh bertindak balas dengan elektrolit. 
 
Cabaran terbesar sentiasa terletak pada campuran gas yang dipam. Secara prinsip, segala yang dipam dan diproses juga diangkut oleh pam vakum. Dalam pengeluaran bateri, ini mempengaruhi pelarut dan elektrolit yang cenderung toksik dan boleh merosakkan pam serta mungkin minyak pam," kata Dr. Sina Weiss. "Tetapi suhu ambien yang sangat panas dan kelembapan yang tinggi, secara umum, juga merupakan keadaan yang memberikan kita cabaran," tambahnya. Inilah tempat di mana pengeluar bateri dipanggil untuk membantu, sama ada dengan memastikan penyejukan pam yang betul atau dengan menggunakan pemeluwap.

Peluang untuk penambahbaikan wujud dalam banyak bidang, kerana masih tiada proses yang ditetapkan yang terbukti berkesan. Pengeringan vakum, contohnya, adalah proses khusus pelanggan yang melibatkan tekanan, suhu dan gas proses (seperti nitrogen). Untuk mencapai hasil pengeringan berkualiti tinggi melalui bantuan pengeringan vakum, projek penyelidikan berkaitan industri sudah pun dijalankan di bawah arahan VDMA. 
 
Pengesanan kebocoran juga memainkan peranan penting dalam pengeluaran dari perspektif keselamatan. Sel mesti 100% kalis bocor untuk memastikan hayat bateri yang panjang. Ujian kebocoran yang sah hanya boleh dilakukan melalui sistem pengesanan kebocoran vakum. Bahkan kebocoran yang paling kecil boleh dikesan dengan bantuan pengesan kebocoran helium atau spektrometer jisim. Sebaliknya, kebocoran yang tidak dikesan sangat memperpendek jangka hayat bateri dan/atau menyebabkan elektrolit yang sangat reaktif terlepas. 
 
Beberapa komponen bateri lithium-ion yang dirawat dalam vakum adalah toksik. Untuk melindungi alam sekitar dan teknologi vakum daripada pencemar, pam vakum mesti mempunyai keupayaan untuk menahan gas-gas ini. Selain itu, bahan toksik mesti terkurung dalam proses dan dibuang dengan cara yang selamat.

Untuk gas toksik ini, pam vakum yang beroperasi tanpa cecair digunakan. Pam vakum yang disegel dengan minyak cenderung tidak sesuai untuk aplikasi ini, kerana minyak pam boleh rosak atau tercemar oleh gas. Dengan menggunakan pam mampatan kering, pengeluar bateri menjimatkan masa dan wang kerana mereka sebaliknya perlu menukar minyak pam dengan kerap. "Pam vakum yang disegel dengan minyak semakin banyak digunakan dalam proses pengisian elektrolit dan pengurangan gas, yang kini kami ganti dengan pam vakum tanpa minyak untuk banyak pelanggan kami," ringkas Dr. Sina Weiss. 
 
Untuk memastikan kebolehpercayaan proses yang mencukupi semasa mengendalikan gas toksik, pam yang ditutup hermetik digunakan, yang mencegah walaupun kuantiti gas yang paling kecil daripada terlepas. Ini adalah faktor penting, terutamanya dalam kes elektrolit toksik, di mana keselamatan pekerjaan juga penting.

Oleh itu, teknologi vakum memainkan peranan penting dalam pengeringan, pengisian elektrolit dan pengeluaran gas. "Vakuum adalah penting dalam ketiga-tiga langkah proses," tegas Dr. Sina Weiss. Namun langkah proses hulu, seperti mencampur dengan pengadun vakum, menyusun dengan penggenggam vakum dan langkah proses hilir, seperti pembungkusan, juga ditangani dengan lebih cepat dan boleh dipercayai menggunakan teknologi vakum. 
 
Pada masa depan, pengaruh persekitaran vakum tulen dan spesifikasi dapat ditentukan dengan lebih baik. Dengan perkembangan lembaran elektrod yang ditandakan secara individu yang boleh dijejaki melalui keseluruhan proses pengeluaran menggunakan kod QR yang dilaser, pengaruh parameter proses individu terhadap kualiti bateri dapat dijejaki dengan tepat. 

Teknologi vakum juga memainkan peranan penting dari segi keselamatan semasa pengeluaran dan penggunaan bateri. Sebagai contoh, pengendalian selamat elektrolit toksik pada masa depan akan terus hanya dapat dilakukan di bawah keadaan vakum. Memandu kereta elektrik, kami mempercayai kualiti bateri, yang boleh diuji dan dijamin dengan terbaik di bawah vakum. Namun, harus dikatakan bahawa proses di bawah vakum sentiasa memerlukan lebih banyak tenaga berbanding dengan proses di bawah tekanan atmosfera. Walau bagaimanapun, kemajuan yang besar telah dicapai di sini dalam beberapa tahun kebelakangan ini ke arah pam yang cekap tenaga, dan hari ini kami menggunakan pam vakum yang sangat ekonomik dalam pengeluaran bateri. Ini bermakna kita kini dapat menumpukan perhatian kepada soalan-soalan utama: Bagaimana kita dapat mencapai lebih banyak throughput, keselamatan dan kualiti dalam pengeluaran bateri dengan merancang sistem vakum secara efisien? "Dan di sini juga, kami akan membuat banyak kemajuan penting dalam bidang teknologi vakum dalam tahun-tahun akan datang," Dr. Sina Weiss menyimpulkan.