Leybold apoya a los fabricantes que desarrollan tecnologías de baterías
La tecnología de vacío es importante para la calidad y seguridad en varias etapas de la producción de baterías de iones de litio. Los especialistas en vacío de Leybold han estado apoyando a los fabricantes de baterías de iones de litio en sus procesos y desafíos tecnológicos durante muchos años y, como tales, han estado muy involucrados en el desarrollo de la movilidad eléctrica.
Ayudando a dar forma a los desarrollos
La movilidad eléctrica es la última tendencia en un entorno de mercado muy dinámico. "Desde la perspectiva de la tecnología de vacío, hemos estado monitoreando de cerca esta evolución durante muchos años", dice la Dra. Sina Weiss, Gerente de Desarrollo de Negocios de Leybold GmbH. "Tener la oportunidad de ayudar a dar forma a los desarrollos e investigaciones actuales es increíblemente emocionante", agrega.
En su opinión, una de las principales tareas es determinar lo antes posible las nuevas aplicaciones y mercados de vacío a partir de nuevas tecnologías y desarrollos. El papel estratégico de la tecnología de vacío es, por lo tanto, permitir y avanzar en estos desarrollos. Por ejemplo, el diseño del entorno de vacío es un factor que puede tener una influencia positiva en los procesos. El vacío se utiliza a menudo durante la etapa de llenado de electrolitos para garantizar que la celda esté saturada uniformemente con el electrolito y para dar pureza al proceso de llenado.
Baterías de iones de litio como aplicación de vacío
Leybold estudió los desarrollos en esta área e identificó oportunidades para la aplicación de vacío en el proceso de fabricación de baterías de iones de litio. Debido a que inicialmente había poca información disponible sobre el proceso de fabricación de componentes de iones de litio, la compañía unió fuerzas con Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) y la Cátedra de Ingeniería de Producción de Componentes de Movilidad Eléctrica en la Universidad RWTH Aachen para establecer un proceso de fabricación. Además de las baterías de iones de litio, Leybold también se ha centrado en los desarrollos en pilas de combustible. Los procesos de vacío aplicables ya están surgiendo, incluido el recubrimiento de las placas bipolares al vacío. Aquí, es importante observar los desarrollos tecnológicos en los próximos años y, si es necesario, brindar apoyo a través de la cooperación.
La tecnología de vacío se utiliza en varios pasos del proceso en la fabricación de electrodos, así como en la investigación y el desarrollo. Como tal, Leybold trabaja en estrecha colaboración con los fabricantes de máquinas y plantas que suministran plantas de producción a los fabricantes de baterías. Además, Leybold coopera con los fabricantes de baterías, así como con las instituciones que realizan investigaciones para desarrollar aún más las tecnologías de baterías.
El desarrollo aumenta en Europa
La mayor parte de la producción continúa teniendo lugar en Asia. Sin embargo, gran parte de la investigación y el desarrollo se está desplazando a Europa, lo que hace que la UE (y especialmente Alemania) sea más importante como lugar de investigación y producción.
La tecnología de vacío se utiliza en la producción de celdas de batería, así como en procesos como la aplicación de materiales activos a los electrodos. "En general, el aire es un factor que afecta en muchos entornos de producción porque los millones de partículas y moléculas de gas tienen una influencia negativa en este paso de producción, a veces incluso haciéndolo imposible. Al mezclar la pasta, se deben evitar las partículas y las burbujas de aire para lograr un producto de alta calidad. La mayoría de los mezcladores, por lo tanto, funcionan al vacío", explica la Dra. Sina Weiss.
El vacío mejora los procesos
El vacío también es esencial durante la etapa de secado para eliminar incluso las cantidades restantes más pequeñas de disolventes y humedad. Sin vacío, el proceso de secado tendría que llevarse a cabo a temperaturas mucho más altas y duraría mucho más tiempo. Esto tendría un efecto negativo en la calidad del electrodo. Tan pronto como los electrolitos se incorporan en los pasos posteriores del proceso, el vacío adquiere un aspecto de seguridad, ya que muchos de los electrolitos utilizados son altamente reactivos e inflamables. El vacío de alta calidad es esencial aquí. Por un lado, le da pureza al proceso para que no entren partículas o humedad en la celda durante el llenado y desgasificación de electrolitos. Por otro lado, proporciona un ambiente de baja reacción sin oxígeno ni humedad con el que el electrolito podría reaccionar.
"El mayor desafío siempre radica en la mezcla de gas que se bombea. En principio, todo lo que se bombea y procesa también es transportado por la bomba de vacío. En la producción de baterías, esto afecta a los disolventes y electrolitos que tienden a ser tóxicos y pueden dañar las bombas y posiblemente el aceite de la bomba ", dice el Dr. Sina Weiss. "Pero las temperaturas ambientales muy cálidas y la alta humedad son, en términos generales, también circunstancias que nos presentan desafíos", agrega. Aquí es donde los fabricantes de baterías están llamados a ayudar, ya sea asegurando el enfriamiento correcto de la bomba o mediante el uso de condensadores.
Resultados de secado de alta calidad al vacío
Existen oportunidades de mejora en muchas áreas, ya que todavía no hay procesos establecidos que hayan demostrado ser eficientes. El secado al vacío, por ejemplo, es un proceso específico del cliente de presión, temperatura y gases de proceso (como el nitrógeno). Con el fin de lograr resultados de secado de alta calidad a través de la ayuda del secado al vacío, ya se están llevando a cabo proyectos de investigación relacionados con la industria bajo la dirección de la VDMA.
La detección de fugas también juega un papel central en la producción desde una perspectiva de seguridad. La celda debe ser 100 % a prueba de fugas para garantizar una larga duración de la batería. Una prueba de fugas válida solo se puede realizar a través de un sistema de detección de fugas de vacío. Incluso las fugas más pequeñas se pueden detectar con la ayuda de un detector de fugas de helio o un espectrómetro de masas. Por otro lado, las fugas no detectadas acortan en gran medida la vida útil de la batería y / o conducen a electrolitos altamente reactivos que se escapan.
Algunos componentes de las baterías de iones de litio que se tratan en el vacío son tóxicos. Para proteger el medio ambiente y la tecnología de vacío de los contaminantes, la bomba de vacío debe tener la capacidad de soportar estos gases. Además, los materiales tóxicos deben confinarse dentro del proceso y descargarse de una manera segura.
Las bombas secas ahorran tiempo y dinero
Para estos gases tóxicos, se utilizan bombas de vacío de funcionamiento en seco. Las bombas de vacío selladas con aceite tienden a ser inadecuadas para estas aplicaciones, ya que el aceite de la bomba podría dañarse o contaminarse con los gases. Al usar bombas de compresión en seco, los fabricantes de baterías ahorran tiempo y dinero, ya que de lo contrario tendrían que cambiar el aceite de la bomba con frecuencia. "Las bombas de vacío selladas con aceite se han utilizado cada vez más en el proceso de llenado y desgasificación de electrolitos, que ahora estamos reemplazando con bombas de vacío de funcionamiento en seco para muchos de nuestros clientes", resume la Dra. Sina Weiss.
Con el fin de garantizar una fiabilidad suficiente del proceso al manipular gases tóxicos, se utilizan bombas herméticamente selladas, que evitan que incluso las cantidades más pequeñas de gas se escapen. Este es un factor importante, especialmente en el caso de los electrolitos tóxicos, donde la seguridad laboral también es importante.
Más rápido y fiable con la tecnología de vacío
Por lo tanto, la tecnología de vacío desempeña un papel importante en el secado, el llenado de electrolitos y la desgasificación. "El vacío es esencial en los tres pasos del proceso", subraya la Dra. Sina Weiss. Pero los pasos del proceso aguas arriba, como la mezcla con mezcladores de vacío, el apilamiento con pinzas de vacío y los pasos del proceso aguas abajo, como el envasado, también se manejan de manera más rápida y confiable con la tecnología de vacío.
En el futuro, la influencia de un entorno de vacío puro y las especificaciones se pueden determinar aún mejor. Con el desarrollo de láminas de electrodos marcadas individualmente que se pueden rastrear a través de todo el proceso de producción utilizando códigos QR láser, la influencia de los parámetros individuales del proceso en la calidad de la batería se puede rastrear con precisión.
El vacío garantiza el manejo seguro de electrolitos tóxicos
La tecnología de vacío también juega un papel importante en términos de seguridad durante la producción y el uso de la batería. Por ejemplo, el manejo seguro de electrolitos tóxicos en el futuro seguirá siendo posible solo en condiciones de vacío. Al conducir automóviles eléctricos, confiamos en la calidad de la batería, que se puede probar y garantizar mejor bajo vacío. Hay que decir, sin embargo, que los procesos bajo vacío siempre requieren más energía que los que están bajo presión atmosférica. Sin embargo, en los últimos años se ha avanzado enormemente hacia las bombas energéticamente eficientes, y hoy en día utilizamos bombas de vacío altamente económicas en la producción de baterías. "Esto significa que ahora podemos dedicarnos a las preguntas centrales: ¿Cómo podemos lograr más rendimiento, seguridad y calidad en la producción de baterías mediante el diseño eficiente de sistemas de vacío? Y aquí, también, haremos muchos avances importantes en el campo de la tecnología de vacío en los próximos años", concluye la Dra. Sina Weiss.
