บทบาทของเทคโนโลยีสุญญากาศในการพัฒนาการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า 11 ตุลาคม 2021
7 MIN READ
Leybold สนับสนุนผู้ผลิตในการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่
เทคโนโลยีสุญญากาศมีความเกี่ยวข้องกับคุณภาพและความปลอดภัยของขั้นตอนต่างๆ ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ผู้เชี่ยวชาญด้านสุญญากาศของ Leybold ได้สนับสนุนผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในกระบวนการและความท้าทายทางเทคโนโลยีมาเป็นเวลาหลายปีแล้ว และด้วยเหตุนี้จึงมีส่วนร่วมอย่างมากในการพัฒนาการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า
ช่วยกําหนดรูปแบบการพัฒนา
การขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าเป็นแนวโน้มล่าสุดในสภาพแวดล้อมตลาดที่มีการเปลี่ยนแปลงสูง "จากมุมมองของเทคโนโลยีสุญญากาศ เราได้ติดตามวิวัฒนาการนี้อย่างใกล้ชิดเป็นเวลาหลายปี" Dr. Sina Weiss ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจของ Leybold GmbH กล่าว "การมีโอกาสช่วยกําหนดการพัฒนาและการวิจัยในปัจจุบันเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นมาก" เธอกล่าวเพิ่มเติม
ในความคิดเห็นของเธอ หนึ่งในงานหลักคือการระบุการใช้งานสุญญากาศและตลาดใหม่ๆ จากเทคโนโลยีและการพัฒนาใหม่ๆ ให้เร็วที่สุด ดังนั้น บทบาทเชิงกลยุทธ์ของเทคโนโลยีสุญญากาศจึงคือการทําให้การพัฒนาเหล่านี้เป็นไปได้และก้าวหน้าไปข้างหน้า ตัวอย่างเช่น การออกแบบสภาพแวดล้อมสุญญากาศเป็นปัจจัยที่สามารถมีอิทธิพลเชิงบวกต่อกระบวนการ มักใช้สุญญากาศในระหว่างขั้นตอนการเติมอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์อิ่มตัวด้วยอิเล็กโทรไลต์อย่างสม่ําเสมอ และเพื่อให้ความบริสุทธิ์แก่กระบวนการเติม
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในรูปแบบการใช้งานสุญญากาศ
Leybold ได้ศึกษาการพัฒนาในด้านนี้และระบุโอกาสในการใช้สุญญากาศในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากในตอนแรกมีข้อมูลจํากัดเกี่ยวกับกระบวนการผลิตส่วนประกอบลิเธียมไอออน บริษัทจึงร่วมมือกับสมาคม Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) และประธานฝ่ายวิศวกรรมการผลิตส่วนประกอบการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าของมหาวิทยาลัย RWTH Aachen เพื่อสร้างกระบวนการผลิต นอกจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้ว Leybold ยังมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย กระบวนการสุญญากาศที่ใช้ได้เกิดขึ้นแล้ว รวมถึงการเคลือบแผ่นสองขั้วภายใต้สุญญากาศ ที่นี่ สิ่งสําคัญคือการสังเกตการพัฒนาทางเทคโนโลยีในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า และหากจําเป็นให้การสนับสนุนผ่านความร่วมมือ
เทคโนโลยีสุญญากาศถูกนํามาใช้ในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการผลิตอิเล็กโทรด รวมถึงในการวิจัยและการพัฒนา ดังนั้น Leybold จึงทํางานอย่างใกล้ชิดกับเครื่องจักรและโรงงาน
ผู้ผลิตที่จัดหาโรงงานผลิตให้กับผู้ผลิตแบตเตอรี่ นอกจากนี้ Leybold ยังร่วมมือกับผู้ผลิตแบตเตอรี่รวมถึงสถาบันที่ทําการวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ต่อไป
การพัฒนาที่เพิ่มขึ้นในยุโรป
การผลิตส่วนใหญ่ยังคงเกิดขึ้นในเอเชีย อย่างไรก็ตาม การวิจัยและการพัฒนาส่วนใหญ่กําลังย้ายไปยังยุโรป ทําให้สหภาพยุโรป (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเยอรมนี) เป็นสถานที่วิจัยและการผลิตที่สําคัญยิ่งขึ้น
เทคโนโลยีสุญญากาศถูกนํามาใช้ในการผลิตเซลล์แบตเตอรี่ รวมถึงในกระบวนการต่างๆ เช่น
การนําวัสดุออกฤทธิ์ไปใช้กับอิเล็กโทรด "โดยทั่วไปแล้ว อากาศเป็นปัจจัยรบกวนในสภาพแวดล้อมการผลิตจํานวนมาก เนื่องจากอนุภาคและโมเลกุลก๊าซนับล้านมีอิทธิพลเชิงลบต่อขั้นตอนการผลิตนี้ ซึ่งบางครั้งทําให้เป็นไปไม่ได้ เมื่อผสมของเหลวข้น ต้องหลีกเลี่ยงอนุภาคและฟองอากาศเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูง ดังนั้นเครื่องผสมส่วนใหญ่จึงทํางานภายใต้สุญญากาศ" Dr. Sina Weiss อธิบาย
สุญญากาศช่วยปรับปรุงกระบวนการ
นอกจากนี้ สุญญากาศยังมีความสําคัญในระหว่างขั้นตอนการทําให้แห้งเพื่อขจัดตัวทําละลายและความชื้นที่เหลืออยู่แม้ในปริมาณที่น้อยที่สุด หากไม่มีสุญญากาศ กระบวนการอบแห้งจะต้องดําเนินการที่อุณหภูมิที่สูงกว่ามากและจะใช้เวลานานกว่ามาก ซึ่งจะส่งผลเสียต่อคุณภาพของอิเล็กโทรด ทันทีที่อิเล็กโทรไลต์ถูกรวมเข้าไปในขั้นตอนกระบวนการถัดไป สุญญากาศจะมีความปลอดภัย เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์หลายชนิดที่ใช้มีปฏิกิริยาสูงและติดไฟได้ง่าย สุญญากาศคุณภาพสูงเป็นสิ่งจําเป็นในที่นี้ ในด้านหนึ่ง มันทําให้กระบวนการมีความบริสุทธิ์ ดังนั้นอนุภาคหรือความชื้นจึงไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ได้ในระหว่างการเติมอิเล็กโทรไลต์และการไล่ก๊าซ ในทางกลับกัน จะให้สภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาต่ําโดยไม่มีออกซิเจนหรือความชื้นที่อิเล็กโทรไลต์อาจทําปฏิกิริยากับ
"ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอยู่เสมอที่การปั๊มส่วนผสมก๊าซ โดยหลักการแล้ว ทุกสิ่งที่ถูกปั๊มและแปรรูปจะถูกลําเลียงด้วยปั๊มสุญญากาศ ในการผลิตแบตเตอรี่ สิ่งนี้ส่งผลกระทบต่อตัวทําละลายและอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีแนวโน้มเป็นพิษและอาจทําให้ปั๊มเสียหายและอาจทําให้น้ํามันปั๊มเสียหาย" Dr. Sina Weiss กล่าว "แต่โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิแวดล้อมที่อบอุ่นมากและความชื้นสูงเป็นสถานการณ์ที่ทําให้เราต้องเผชิญกับความท้าทาย" เธอกล่าวเพิ่มเติม นี่คือสถานการณ์ที่ผู้ผลิตแบตเตอรี่ต้องการความช่วยเหลือ ไม่ว่าจะโดยการรับรองการระบายความร้อนที่ถูกต้องของปั๊มหรือโดยการใช้คอนเดนเซอร์
ผลลัพธ์การอบแห้งคุณภาพสูงภายใต้สุญญากาศ
มีโอกาสในการปรับปรุงในหลายด้าน เนื่องจากยังไม่มีกระบวนการที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การอบแห้งด้วยสุญญากาศเป็นกระบวนการเฉพาะของลูกค้าในด้านแรงดัน อุณหภูมิ และก๊าซในกระบวนการ (เช่น ไนโตรเจน) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การอบแห้งที่มีคุณภาพสูงด้วยความช่วยเหลือจากการอบแห้งด้วยสุญญากาศ โครงการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมกําลังดําเนินการอยู่ภายใต้การกํากับดูแลของ VDMA
การตรวจจับการรั่วไหลยังมีบทบาทสําคัญในการผลิตจากมุมมองด้านความปลอดภัยอีกด้วย เซลล์ต้องป้องกันการรั่วซึมได้ 100% เพื่อให้แน่ใจถึงอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน สามารถดําเนินการทดสอบการรั่วไหลที่ถูกต้องได้ผ่านระบบตรวจจับการรั่วไหลแบบสุญญากาศเท่านั้น แม้แต่การรั่วที่เล็กที่สุดก็สามารถตรวจจับได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมหรือแมสสเปกโตรมิเตอร์ ในทางตรงกันข้าม การรั่วไหลที่ตรวจไม่พบจะลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลงอย่างมาก และ/หรือทําให้เกิดการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ที่มีปฏิกิริยาสูง
ส่วนประกอบบางอย่างของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ผ่านการอบสุญญากาศเป็นพิษ เพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยีสุญญากาศจากมลพิษ ปั๊มสุญญากาศต้องมีความสามารถในการทนต่อก๊าซเหล่านี้ นอกจากนี้ สารพิษยังต้องถูกกักเก็บไว้ภายในกระบวนการและปล่อยออกในลักษณะที่ปลอดภัย
ปั๊มแห้งช่วยประหยัดเวลาและเงิน
สําหรับก๊าซพิษเหล่านี้ จะใช้ปั๊มสุญญากาศแบบแห้ง ปั๊มสุญญากาศซีลน้ํามันมักไม่เหมาะสําหรับการใช้งานเหล่านี้ เนื่องจากน้ํามันปั๊มอาจเสียหายหรือปนเปื้อนจากก๊าซ ด้วยการใช้ปั๊มอัดแห้ง ผู้ผลิตแบตเตอรี่จึงประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย เนื่องจากไม่เช่นนั้นพวกเขาจําเป็นต้องเปลี่ยนน้ํามันปั๊มบ่อยๆ "ปั๊มสุญญากาศซีลน้ํามันถูกนํามาใช้มากขึ้นในกระบวนการเติมอิเล็กโทรไลต์และการไล่ก๊าซ ซึ่งตอนนี้เรากําลังแทนที่ด้วยปั๊มสุญญากาศแบบแห้งสําหรับลูกค้าหลายรายของเรา" Dr. Sina Weiss สรุป
เพื่อให้แน่ใจถึงความน่าเชื่อถือของกระบวนการที่เพียงพอเมื่อจัดการกับก๊าซพิษ จึงมีการใช้ปั๊มที่ปิดผนึกแน่นสนิท ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ก๊าซรั่วไหลแม้ในปริมาณที่น้อยที่สุด ซึ่งเป็นปัจจัยสําคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นพิษ ซึ่งความปลอดภัยในการทํางานก็มีความสําคัญเช่นกัน
เร็วขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้นด้วยเทคโนโลยีสุญญากาศ
เทคโนโลยีสุญญากาศจึงมีบทบาทสําคัญในการทําให้แห้ง การเติมอิเล็กโทรไลต์ และการกําจัดก๊าซ "สุญญากาศเป็นสิ่งจําเป็นในทั้งสามขั้นตอนของกระบวนการ" Dr. Sina Weiss เน้นย้ํา แต่ขั้นตอนกระบวนการต้นทาง เช่น การผสมด้วยเครื่องผสมสุญญากาศ การเรียงซ้อนด้วยตัวจับสุญญากาศ และขั้นตอนกระบวนการปลายทาง เช่น การบรรจุหีบห่อ ก็สามารถจัดการได้อย่างรวดเร็วและเชื่อถือได้ด้วยเทคโนโลยีสุญญากาศ
ในอนาคต จะสามารถระบุอิทธิพลของสภาพแวดล้อมสุญญากาศบริสุทธิ์และข้อกําหนดเฉพาะได้ดียิ่งขึ้น ด้วยการพัฒนาแผ่นอิเล็กโทรดที่ทําเครื่องหมายแยกต่างหากซึ่งสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตลอดกระบวนการผลิตทั้งหมดโดยใช้รหัส QR เลเซอร์ จึงสามารถตรวจสอบอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการแต่ละอย่างที่มีต่อคุณภาพของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยํา
สุญญากาศช่วยรับประกันการจัดการอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นพิษอย่างปลอดภัย
เทคโนโลยีสุญญากาศยังมีบทบาทสําคัญในแง่ของความปลอดภัยในระหว่างการผลิตและการใช้งานแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น การจัดการอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นพิษอย่างปลอดภัยในอนาคตจะเป็นไปได้ต่อไปภายใต้สภาวะสุญญากาศเท่านั้น ในการขับรถยนต์ไฟฟ้า เราเชื่อมั่นในคุณภาพของแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถทดสอบและรับประกันได้ดีที่สุดภายใต้สุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ต้องกล่าวว่ากระบวนการภายใต้สุญญากาศต้องใช้พลังงานมากกว่ากระบวนการภายใต้แรงดันบรรยากาศเสมอ อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้สร้างความก้าวหน้าอย่างมากในด้านปั๊มที่ประหยัดพลังงาน และปัจจุบันเราใช้ปั๊มสุญญากาศที่ประหยัดค่าใช้จ่ายสูงในการผลิตแบตเตอรี่ "นั่นหมายความว่าตอนนี้เราสามารถอุทิศตนเองให้กับคําถามหลัก: เราจะบรรลุปริมาณงาน ความปลอดภัย และคุณภาพในการผลิตแบตเตอรี่มากขึ้นได้อย่างไรโดยการออกแบบระบบสุญญากาศอย่างมีประสิทธิภาพ และที่นี่เช่นกัน เราจะสร้างความก้าวหน้าที่สําคัญมากมายในด้านเทคโนโลยีสุญญากาศในอีกหลายปีข้างหน้า" Dr. Sina Weiss กล่าวสรุป
