Elektromobilitenin geliştirilmesinde vakum teknolojisinin rolü 11 Ekim 2021
7 MIN READ
Leybold, akü teknolojilerinin geliştirilmesinde üreticileri destekler
Vakum teknolojisi, lityum iyon batarya üretimindeki çeşitli aşamaların kalitesi ve güvenliği ile ilgilidir. Leybold'un vakum uzmanları, lityum iyon batarya üreticilerini uzun yıllardır süreçlerinde ve teknolojik zorluklarında desteklemektedir ve bu nedenle elektromobilitenin geliştirilmesine yoğun bir şekilde dahil olmuştur.
Gelişmeleri şekillendirmeye yardımcı olmak
Elektromobilite, çok dinamik bir pazar ortamında en yeni trenddir. Leybold GmbH İş Geliştirme Müdürü Dr. Sina Weiss, "Vakum teknolojisi açısından bu gelişmeyi uzun yıllardır yakından takip ediyoruz," diyor. "Mevcut gelişmeleri ve araştırmaları şekillendirmeye yardımcı olma fırsatına sahip olmak inanılmaz heyecan verici," diyor.
Ona göre ana görevlerden biri, yeni teknolojiler ve gelişmelerden yeni vakum uygulamalarını ve pazarlarını mümkün olduğunca erken belirlemektir. Bu nedenle vakum teknolojisinin stratejik rolü, bu gelişmeleri mümkün kılmak ve ilerletmektir. Örneğin, vakum ortamının tasarımı prosesler üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilecek bir faktördür. Hücrenin elektrolitle eşit şekilde doymasını sağlamak ve doldurma prosesine saflık kazandırmak için elektrolit doldurma aşamasında genellikle vakum kullanılır.
Vakum uygulaması olarak lityum iyon bataryalar
Leybold, bu alandaki gelişmeleri inceledi ve lityum iyon bataryaların üretim sürecinde vakum uygulaması için fırsatlar belirledi. Lityum iyon bileşenlerin üretim süreci hakkında başlangıçta çok az bilgi mevcut olduğundan şirket, bir üretim süreci oluşturmak için Alman Makine ve Tesis Mühendisliği Birliği (VDMA) ve RWTH Aachen Üniversitesi E-Mobilite Bileşenleri Üretim Mühendisliği Başkanı ile bir araya geldi. Lityum iyon bataryaların yanı sıra Leybold, yakıt hücrelerindeki gelişmelere de odaklanmıştır. Çift kutuplu plakaların vakum altında kaplanması da dahil olmak üzere uygulanabilir vakum prosesleri zaten ortaya çıkmaktadır. Burada önümüzdeki yıllardaki teknolojik gelişmeleri gözlemlemek ve gerektiğinde işbirliği yoluyla destek vermek önemlidir.
Vakum teknolojisi, elektrot üretiminin yanı sıra araştırma ve geliştirmede de çeşitli proses adımlarında kullanılmaktadır. Bu nedenle Leybold, makine ve tesis ile yakın işbirliği içinde çalışır
akü üreticilerine üretim tesisleri tedarik eden üreticiler. Ayrıca Leybold, akü teknolojilerini daha da geliştirmek için araştırma yapan kuruluşların yanı sıra akü üreticileri ile de işbirliği yapmaktadır.
Avrupa'da gelişme artıyor
Üretimin büyük bir kısmı Asya'da gerçekleşmeye devam ediyor. Ancak araştırma ve geliştirmenin büyük bir kısmı Avrupa'ya taşınıyor ve bu da AB'yi (ve özellikle Almanya'yı) araştırma ve üretim yeri olarak daha önemli hale getiriyor.
Vakum teknolojisi, batarya hücresi üretiminin yanı sıra
aktif malzemelerin elektrotlara uygulanması. "Genel olarak hava, birçok üretim ortamında rahatsız edici bir faktördür, çünkü milyonlarca parçacık ve gaz molekülü bu üretim adımını olumsuz yönde etkiler ve hatta bazen imkansız hale getirir. Yüksek kaliteli bir ürün elde etmek için bulamaç karıştırılırken partiküllerden ve hava kabarcıklarından kaçınılmalıdır. Bu nedenle çoğu mikser vakum altında çalışır," diye açıklıyor Dr. Sina Weiss.
Vakum prosesleri iyileştirir
Kurutma aşamasında, kalan en küçük miktarda çözücü ve nemi bile gidermek için vakum da çok önemlidir. Vakum olmadan kurutma işleminin çok daha yüksek sıcaklıklarda yapılması gerekirdi ve çok daha uzun sürerdi. Bu durum elektrot kalitesini olumsuz etkiler. Elektrolitler sonraki proses adımlarına dahil edildikten sonra, kullanılan elektrolitlerin birçoğu yüksek düzeyde reaktif ve yanıcı olduğundan vakum bir güvenlik özelliği üstlenir. Burada yüksek kaliteli vakum çok önemlidir. Bir yandan prosese saflık katar, böylece elektrolit doldurma ve gazdan arındırma sırasında hücreye partikül veya nem giremez. Diğer yandan, elektrolitin reaksiyona girebileceği oksijen veya nem içermeyen düşük reaksiyonlu bir ortam sağlar.
"En büyük zorluk her zaman pompalanan gaz karışımında yatar. Prensip olarak, pompalanan ve işlenen her şey de vakum pompası tarafından taşınır. Pil üretiminde bu, zehirli olma eğiliminde olan ve pompalara ve muhtemelen pompa yağına zarar verebilen solventleri ve elektrolitleri etkiler," diyor Dr. Sina Weiss. "Ancak çok sıcak ortam sıcaklıkları ve yüksek nem, genel olarak bizi zorlayan koşullardır" diye ekliyor. Bu noktada, pompanın doğru şekilde soğutulmasını sağlayarak veya kondansatörler kullanarak batarya üreticilerinden yardım istenmektedir.
Vakum altında yüksek kaliteli kurutma sonuçları
Henüz etkili olduğu kanıtlanmış süreçler bulunmadığından, birçok alanda iyileştirme fırsatları mevcuttur. Örneğin vakumla kurutma, müşteriye özel bir basınç, sıcaklık ve proses gazları (nitrojen gibi) prosesidir. Vakumlu kurutma yardımıyla yüksek kaliteli kurutma sonuçları elde etmek için VDMA'nın yönergeleri altında sektörle ilgili araştırma projeleri yürütülmektedir.
Sızıntı tespiti, güvenlik açısından da üretimde merkezi bir rol oynar. Uzun bir pil ömrü sağlamak için hücre %100 sızdırmaz olmalıdır. Geçerli bir kaçak testi sadece vakum kaçağı tespit sistemi ile yapılabilir. En küçük kaçaklar bile bir helyum kaçak dedektörü veya kütle spektrometresi yardımıyla tespit edilebilir. Diğer yandan tespit edilemeyen sızıntılar akünün kullanım ömrünü önemli ölçüde kısaltır ve/veya reaktif elektrolitlerin dışarı sızmasına neden olur.
Vakum altında işlenen lityum iyon bataryaların bazı bileşenleri toksiktir. Çevreyi ve vakum teknolojisini kirleticilerden korumak için vakum pompasının bu gazlara dayanabilmesi gerekir. Ek olarak, toksik maddeler proses içinde sınırlandırılmalı ve uygun şekilde güvenli bir şekilde boşaltılmalıdır.
Kuru pompalar zamandan ve paradan tasarruf sağlar
Bu toksik gazlar için kuru çalışan vakum pompaları kullanılır. Yağ sızdırmaz vakum pompaları, pompa yağı hasar görebileceğinden veya gazlarla kirlenebileceğinden bu uygulamalar için uygun olmayabilir. Kuru sıkıştırma pompaları kullanan batarya üreticileri, pompa yağını sık sık değiştirmeleri gerektiğinden zamandan ve paradan tasarruf ederler. Dr. Sina Weiss, "Elektrolitin doldurulması ve gazdan arındırılması sürecinde giderek daha fazla yağ sızdırmaz vakum pompaları kullanılıyor ve bunları artık müşterilerimizin birçoğu için kuru çalışan vakum pompalarıyla değiştiriyoruz," diye özetliyor.
Zehirli gazlarla çalışırken yeterli proses güvenliğini sağlamak için, en küçük gaz miktarlarının bile dışarı çıkmasını önleyen hava geçirmez pompalar kullanılır. Bu, özellikle iş güvenliğinin de önemli olduğu zehirli elektrolitlerde önemli bir faktördür.
Vakum teknolojisi ile daha hızlı ve daha güvenilir
Bu nedenle vakum teknolojisi kurutma, elektrolit doldurma ve gaz giderme işlemlerinde önemli bir rol oynar. Dr. Sina Weiss, "Vakum, üç proses adımının hepsinde çok önemlidir," diyor. Ancak vakumlu karıştırıcılarla karıştırma, vakumlu kavrayıcılarla istifleme gibi önceki proses adımları ve paketleme gibi sonraki proses adımları da vakum teknolojisi ile daha hızlı ve güvenilir bir şekilde gerçekleştirilir.
Gelecekte, saf vakum ortamının ve spesifikasyonların etkisi daha da iyi belirlenebilir. Lazerli QR kodları kullanılarak tüm üretim süreci boyunca izlenebilen özel olarak işaretlenmiş elektrot levhalarının geliştirilmesiyle, münferit proses parametrelerinin akü kalitesi üzerindeki etkisi doğru bir şekilde izlenebiliyor.
Vakum, toksik elektrolitlerin güvenli şekilde taşınmasını sağlar
Vakum teknolojisi, akü üretimi ve kullanımı sırasında güvenlik açısından da önemli bir rol oynar. Örneğin, toksik elektrolitlerin güvenli kullanımı gelecekte de yalnızca vakum koşulları altında mümkün olacaktır. Elektrikli araba kullanırken, vakum altında en iyi şekilde test edilebilen ve garanti edilebilen akünün kalitesine güveniyoruz. Ancak vakum altındaki proseslerin her zaman atmosferik basınç altındakilerden daha fazla enerji gerektirdiği söylenmelidir. Ancak son yıllarda enerji tasarruflu pompalara doğru büyük ilerleme kaydettik ve bugün batarya üretiminde son derece ekonomik vakum pompaları kullanıyoruz. "Bu, şu ana sorulara odaklanabileceğimiz anlamına geliyor: Batarya üretiminde vakum sistemlerini verimli bir şekilde tasarlayarak nasıl daha fazla verim, güvenlik ve kalite elde edebiliriz? Ve burada da önümüzdeki yıllarda vakum teknolojisi alanında birçok önemli ilerleme kaydedeceğiz," diyor Dr. Sina Weiss.
