تُحافظ بطاريات الليثيوم على استمرارية الحياة العصرية، مُوفرةً الراحة والضروريات، بأمانٍ وموثوقية. ولها تطبيقاتٌ عديدة في مختلف المجالات، منها تشغيل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والمركبات الكهربائية، وتخزين الطاقة الشمسية، وأنظمة الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وأنظمة الإنذار في المناطق النائية، ومعدات التنقل، وبطاريات الطاقة المحمولة. وتقف هذه التقنية اليوم على أعتاب ثورةٍ في النقل البري وتخزين الطاقة المتجددة. ويُمثل أداء البطاريات وعمرها الافتراضي تحديًا كبيرًا أمام انتشار المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة الكهربائية الثابتة في السوق. ومن الواضح تمامًا أن عمليات تصنيع البطاريات بحاجةٍ إلى تحسينٍ شامل لتحقيق الخصائص المطلوبة والحفاظ على الجودة.

الاستدامة – تقليل استهلاك الطاقة والمواد الخام

يسعى مصنّعو البطاريات إلى تقليل أثرهم البيئي قدر الإمكان. ويتطلب ذلك اتباع نهج التصنيع الدائري، واستخدام الطاقة النظيفة لتشغيل عملية تصنيع خلايا البطاريات، والحرص على اختيار مصادر المواد الخام بعناية.

يبحث البعض عن طرق لإعادة تدوير البطاريات المنتهية الصلاحية وإعادة تدوير المواد مرة أخرى في التصنيع من أجل "إغلاق الحلقة".

عملية إنتاج مستقرة وتنافسية

تعتمد جميع حلول البطاريات على الخلية كوحدة أساسية. وللحصول على سعة أكبر، تُصنع البطارية من خلايا صغيرة متعددة موصولة على التوالي والتوازي. وهذا ينطبق بشكل خاص على صناعة البطاريات، حيث لا تكون أي بطارية أقوى من أضعف خلية فيها.

قد يكون هناك فرق كبير في عمر دورة الشحن وجودة أفضل الخلايا وأسوأها. من خلال تكرار عمليات التصنيع وتحسينها، ستكون حلول البطاريات في التطبيقات الصعبة ذات جودة أعلى.

زيادة الطاقة الإنتاجية

مصانع البطاريات العملاقة في أوروبا | https://www.orovel.net/insights/li-on-battery-gigafactories-in-europe-june-2020

تتمثل الخطوة الأولى في تجميع الخلية في ترسيب معلق يحتوي على المادة الفعالة والمادة الموصلة والمادة الرابطة البوليمرية في مذيب على طبقة رقيقة من النحاس أو الألومنيوم (تحضير المعلق والطلاء). يلي ذلك تجفيف الأقطاب الكهربائية وتشكيلها وتحديد حجمها. ولتحقيق الأداء الكهروكيميائي المطلوب، يجب التحكم بدقة في عملية تصنيع أقطاب البطارية متعددة المراحل. تُعد المعلقات نظامًا معقدًا للغاية يحتوي على نسبة كبيرة من الجسيمات الصلبة ذات التركيب الكيميائي والأحجام والأشكال المختلفة في وسط عالي اللزوجة. ويُعد الخلط الجيد للمعلق ضروريًا لضمان تجانسه. تؤثر الخصائص الريولوجية للمعلقات على سمات مهمة، مثل استقرار المعلق وسهولة الخلط وأداء الطلاء، مما يؤثر بدوره على الأقطاب الكهربائية النهائية. يمكن أن يؤثر التركيب وظروف المعالجة المطبقة على ريولوجيا المعلق الناتج. تُحدد الكثافة واللزوجة خصائص التدفق وتُحدد درجة البنية داخل العينة ومدى سيطرة السلوك الصلب أو السائل. في عملية تصنيع الأقطاب الكهربائية، تُعدّ لزوجة المكونات المستخدمة في العملية ذات أهمية بالغة، وتلعب دورًا حاسمًا في عمليات تصنيع البطاريات، مثل الطلاء. تؤثر لزوجة محلول الرابط البوليمري على أداء الطلاء، إذ تُؤثر على سهولة تشتيت المساحيق فيه، والطاقة اللازمة للخلط، وسرعة تطبيق طلاء متجانس. تشير نظرية القطب المسامي (PET) إلى أهمية كثافة القطب الموجب في الأداء العام لخلايا بطاريات الليثيوم أيون، وهو ما تم التحقق منه تجريبيًا. تُظهر الخلايا ذات الكثافة العالية للقطب الموجب سعة تفريغ أعلى قليلًا عند معدلات التيار المنخفضة، بينما تُظهر الخلايا ذات الكثافة المنخفضة للقطب الموجب أداءً أفضل عند معدلات التيار العالية.

BatteryBits على Medium | https://medium.com/batterybits/battery-manufacturing-basics-from-catls-cell-production-line-part-1-d6bb6aa0b499

يُعد تشتت مكونات الملاط وحالاتها، التي تحدد الخصائص الفيزيائية للملاط، أمرًا بالغ الأهمية في تصميم وتطوير عمليات الخلط والطلاء لإنتاج بطاريات أيونات الليثيوم.

• تعتمد طرق الإنتاج التقليدية لملاط أقطاب بطاريات الليثيوم أيون على عمليات الدفعات أو العمليات شبه المستمرة.
• تتكون عملية الخلط المستمر من جرعات مضبوطة لجميع المكونات السائلة والصلبة والتوزيع الدقيق للجسيمات الصلبة في الطور السائل.

نظراً لحساسية التركيب الكيميائي للخلايا، لا يمكن تحقيق وفورات في الوقت والتكلفة على حساب الجودة، التي يجب أن تبقى عالية جداً. يضمن التحكم في الكثافة واللزوجة لتحسين عمليات الإنتاج المتدرجة الاتساق والجودة وتوفيراً كبيراً في تكاليف المواد. يمكن تحسين التحكم في عملية الخلط المستمر وتتبعها من خلال المراقبة والتحكم المباشرين في الكثافة واللزوجة. يتيح التكامل المباشر مع أنظمة التشغيل الآلي تحسين جميع العمليات على امتداد خطوط الإنتاج، مما يُسرّع عملية تصنيع البطاريات لتلبية الطلب المتزايد.

يُعدّ رصد ومراقبة معايير معجون الأقطاب الكهربائية المهمة - الكثافة واللزوجة - أمرًا بالغ الأهمية في تطوير وتصنيع الأقطاب الكهربائية عالية الأداء. الأسباب الرئيسية:

• أثناء خلط الملاط، يؤدي التحريك غير الضروري إلى تدهور البنية الداخلية بمرور الوقت. والهدف هو تحقيق خلط متجانس للمكونات بأقصى قدر من التجانس ودون تفتت الجزيئات. يضمن التحكم في الكثافة التركيب الصحيح للمادة ونسبة المكونات، بينما يضمن التحكم في اللزوجة اتساق عملية تحضير الملاط.
• تُسبب المادة المعلقة عالية اللزوجة مشاكل في عملية الطلاء، ويؤدي ضعف تشتتها إلى انخفاض تجانس طبقة الطلاء. يُعدّ تجانس سُمك الطلاء وكثافة الطبقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان التحكم في عمر البطارية (مدة دورة الشحن) ومعدل نقل الأيونات، بينما يُتيح تنظيم سُمك الطبقة تصنيع بطارية أصغر حجمًا. يُعدّ التحكم في اللزوجة ضروريًا لتحقيق سُمك طلاء متجانس وتقليل انحرافات سُمك الطلاء إلى أدنى حد.
• تزيد اللزوجة العالية لمادة طلاء البطارية من مقاومتها للترسب عند تركها لفترة، وتُنتج طبقة طلاء أكثر سمكًا على القطب. لكن هذه اللزوجة العالية قد تجعل عملية الطلاء أكثر صعوبة في التحكم، مما قد يؤدي إلى طلاء غير منتظم وكثافة طبقة متغيرة، الأمر الذي ينتج عنه معدل نقل أيوني متغير، وبالتالي عمر بطارية غير متوقع (ووقت إعادة شحن غير متوقع).
• تؤثر كثافة الأقطاب الكهربائية على أداء دورات الشحن والتفريغ وفقدان السعة غير القابل للاسترداد في بطاريات الليثيوم أيون. لذا، يجب مراقبتها والتحكم بها ضمن نطاقات مناسبة بناءً على متطلبات عملية التشكيل.

يُعد قياس اللزوجة والتحكم الآلي في خط الإنتاج أمرًا بالغ الأهمية للتحكم في معلمات معجون القطب الكهربائي في مراحل تحضير المعجون والطلاء والتجفيف في عملية تصنيع البطارية، في حين أن كثافة القطب الكهربائي تحتاج إلى مراقبة دقيقة في مرحلة الدرفلة لتحسين أداء البطارية. Rheonics تقدم الحلول التالية للتحكم في العمليات وتحسينها في عملية تصنيع البطاريات متعددة الخطوات:

1. في النسق لزوجة قياسات: RheonicsSRV هو جهاز قياس لزوجة واسع النطاق ومدمج مع قياس درجة حرارة السائل، وقادر على اكتشاف تغيرات اللزوجة داخل أي تيار عملية في الوقت الحقيقي.
2. في النسق اللزوجة والكثافة قياسات: Rheonics'SRD هو جهاز قياس متزامن للكثافة واللزوجة، مزود بخاصية قياس درجة حرارة السائل. إذا كان قياس الكثافة مهمًا لعملياتك، فإن جهاز SRD هو الخيار الأمثل لتلبية احتياجاتك، إذ يتمتع بقدرات تشغيلية مماثلة لجهاز SRV، بالإضافة إلى دقة عالية في قياس الكثافة.

عامل الشكل الصغير

Rheonicsيتميز كل من SRV وSRD بحجم صغير جدًا لتسهيل عملية التركيب من قبل مصنعي المعدات الأصلية وعمليات التحديث. كما يتيح ذلك سهولة دمجهما في أي مسار إنتاجي بكل سهولة.

لا يوجد انخفاض في الضغط خط الإنتاج

Rheonicsلا يُسبب كل من SRV وSRD انخفاضًا يُذكر في الضغط في خط المعالجة. وتتميز قياسات اللزوجة والكثافة بدقة عالية وقابلية تكرار ممتازة في السوائل النيوتونية وغير النيوتونية، أحادية ومتعددة الأطوار.

غير حساس لظروف التركيب: أي تكوين ممكن

Rheonics يستخدم كل من SRV و SRD رنانًا محوريًا فريدًا حاصلًا على براءة اختراع، حيث يلتوي طرفا المستشعرات في اتجاهين متعاكسين، مما يلغي عزم الدوران الناتج عن تركيبها، وبالتالي يجعلها غير حساسة تمامًا لظروف التركيب.

قياسات دقيقة وسريعة وموثوقة

تُشغّل هذه المستشعرات إلكترونيات متطورة حاصلة على براءة اختراع من الجيل الثالث، وتقوم بتقييم استجابتها. وتساهم الإلكترونيات فائقة السرعة والمتانة، بالإضافة إلى النماذج الحسابية الشاملة، في جعلها أكثر فعالية. Rheonics تُعدّ هذه الأجهزة من بين الأسرع والأكثر دقة في هذا المجال. توفر تقنيتا SRV وSRD قياسات دقيقة للزوجة (والكثافة باستخدام SRD) في الوقت الفعلي كل ثانية، ولا تتأثر بتغيرات معدل التدفق!

تصميم وتقنية استشعار فائقة

Rheonicsيتميز كل من مستشعري SRD وSRV بحجمهما الصغير جدًا، مما يسهل تركيبهما في عمليات التصنيع الأصلية والتحديثات. كما يتيح ذلك سهولة دمجهما في أي مسار إنتاجي بكل سهولة. وهما سهلا التنظيف ولا يتطلبان أي صيانة أو إعادة تهيئة، ويتوافقان تمامًا مع أنظمة الاتصالات الصناعية. يتوفر كلا المستشعرين بوصلات قياسية مثل ¾ بوصة NPT و1 بوصة. Tri-clamp يسمح هذا النظام للمشغلين باستبدال مستشعر درجة الحرارة الحالي في خط المعالجة الخاص بهم بـ SRV أو SRD، مما يوفر معلومات قيمة وقابلة للتنفيذ للغاية عن سائل المعالجة مثل الكثافة واللزوجة بالإضافة إلى قياس دقيق لدرجة الحرارة باستخدام Pt1000 المدمج (DIN EN 60751 الفئة AA، A، B متوفرة).

SRD: جهاز واحد، ثلاث وظائف

Rheonicsيُعدّ جهاز SRD منتجًا فريدًا يغني عن ثلاثة أجهزة مختلفة لقياس اللزوجة والكثافة ودرجة الحرارة. فهو يُزيل صعوبة وجود ثلاثة أجهزة مختلفة في نفس المكان، ويُقدّم قياسات دقيقة للغاية وقابلة للتكرار حتى في أقسى الظروف.

أجهزة إلكترونية مصممة لتناسب احتياجاتك

تتوفر إلكترونيات المستشعر في كل من غلاف جهاز الإرسال المقاوم للانفجار وحامل سكة DIN صغير الحجم، مما يتيح سهولة دمجها في خطوط أنابيب العمليات وداخل خزائن معدات الآلات.

من السهل دمج

إن استخدام طرق اتصال تناظرية ورقمية متعددة في إلكترونيات المستشعرات يجعل الاتصال بأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية وأنظمة التحكم أمرًا بسيطًا وسهلاً.

Rheonics تُقدّم الشركة أجهزة استشعار آمنة بطبيعتها، حاصلة على شهادات ATEX وIECEx، للاستخدام في البيئات الخطرة. وتتوافق هذه الأجهزة مع متطلبات الصحة والسلامة الأساسية المتعلقة بتصميم وبناء المعدات وأنظمة الحماية المُخصصة للاستخدام في الأجواء القابلة للانفجار.

الشهادات التي تحملها جهاتٌ تتمتع بالأمان الجوهري ومقاومة الانفجار Rheonics كما يتيح ذلك تخصيص المستشعرات الموجودة، مما يوفر على عملائنا الوقت والتكاليف المرتبطة بتحديد واختبار بديل. ويمكن توفير مستشعرات مخصصة للتطبيقات التي تتطلب وحدة واحدة أو آلاف الوحدات، مع فترات تسليم تتراوح بين أسابيع وأشهر.

Rheonics SRV & SRD كلاهما حاصل على شهادة ATEX و IECEx.

قم بتثبيت المستشعر مباشرةً على خط المعالجة لإجراء قياسات فورية للزوجة والكثافة. لا حاجة لخط جانبي: يمكن غمر المستشعر مباشرةً في الخط، ولا يؤثر معدل التدفق أو الاهتزازات على استقرار القياس ودقته. حسّن أداء الخلط من خلال إجراء اختبارات متكررة ومتتالية ومتسقة على السائل.