Sergei Mishin, Vertriebsleiter für Measurement Solutions OEM Europa, erklärt, wie bedeutsam Automatisierungstechnik für eine optimierte, präzise und sichere Produktion von Anoden, Kathoden und Elektrolyten ist.
Der weltweite Absatz von Elektrofahrzeugen (EV) wächst und erreichte im Jahr 2022 10 % aller verkauften Neuwagen. Berichten zufolge muss der EV-Absatz bis 2030 jedoch auf etwa 60 % steigen, um das Netto-Null-Emissionsziel bis 2050 zu erreichen. Für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen ist der Fortschritt in der Lithium-Ionen-Batterietechnologie von zentraler Bedeutung. Die Hersteller von Lithiumbatterien und die Hersteller von EV-Batteriekomponenten wie Anoden, Kathoden und Elektrolyten haben in den letzten zwei Jahrzehnten sehr eng zusammengearbeitet, um Materialien zu entwickeln, die die Leistung und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien verbessern. Für die Komponentenhersteller ist es von entscheidender Bedeutung, Fertigungsprozesse und -technologien einzuführen, die eine gleichbleibende und garantierte Produktionsqualität und -sicherheit gewährleisten und gleichzeitig kostspielige, den Durchsatz und die Rentabilität beeinträchtigende Nacharbeiten minimieren. Ein laufender Fertigungsprozess bedeutet, dass sich in einem frühen Stadium auftretende Fehler oder Verunreinigungen akkumulieren und im weiteren Verlauf der Produktionslinie weitaus größere Auswirkungen haben. Die Qualität muss in jeder Phase – von den Rohstoffen bis zur Zellmontage – überwacht werden, um die Produktionseffizienz aufrechtzuerhalten und den Ausschuss zu minimieren.
Eine optimierte Produktion ist ebenfalls äußerst wichtig – nicht nur, um die Qualität trotz Rohstoffschwankungen sicherzustellen und den Durchsatz zu maximieren, sondern auch, um den Herstellern die Flexibilität zu geben, Kundenwünsche hinsichtlich unterschiedlicher Typen von Batteriekomponenten und herstellerspezifischer Rezepturen zu erfüllen. In der Regel basiert die Herstellung auf Batch-Verfahren. Die von Emersons DeltaV Batch Analytics Software bereitgestellte Batch-Kontrolle wurde speziell für diese Anwendungsart entwickelt. Die wichtigste Eigenschaft dieser Lösung besteht darin, dass die Software durch Lernen aus der Vergangenheit in der Lage ist, Produktionsergebnisse zu prognostizieren. Auf Basis von Modellen, die aus einer Sammlung historischer Batch- Verlaufsdaten erzeugt werden, wird eine multivariable Analyse des Prozesses durchgeführt. Somit werden Störungen oder Abweichungen im Batch-Betrieb in Echtzeit erkannt und identifiziert, und Ihr Bedienpersonal wird in die Lage versetzt, Abhilfemaßnahmen zu ergreifen, bevor sich eine Störung negativ auf die Produktion auswirkt. Weichen Prozessparameter von Normen ab, kann die Software beurteilen, ob die Charge noch den Spezifikationen und Qualitätsanforderungen entspricht oder außerhalb der spezifizierten Parameter liegt und nachbearbeitet oder entsorgt werden muss. Das bedeutet Senkung der Kosten, kürzere Zykluszeiten, höherer Durchsatz, weniger Abfall, weniger Variabilität und verbesserte Zuverlässigkeit.
Moderne Messtechnik
Die Sicherstellung der Rezepturkonsistenz und Produktionsqualität beginnt mit genauen, zuverlässigen und wiederholbaren Messungen, mit deren Hilfe in einer Batch-Reaktor-Anwendung die Zugabe von Rohmaterialien und Additiven überwacht werden muss. Reaktorheizung und -kühlung, Druckregelung, Überfüllsicherung und Überwachung des Gerätezustands sind auf Durchfluss-, Temperatur-, Füllstands-, Druck- und analytische Messungen angewiesen. Die präzise Kontrolle des den Reaktoren und Mischern zugeführten Materials ist von entscheidender Bedeutung. Die Micro Motion™ Coriolis Messsysteme von Emerson eignen sich ideal für diese Anwendungen, da sie anstelle des Volumens den Massendurchfluss von Flüssigkeiten oder Schlamm messen und damit die Messgenauigkeit sicherstellen. Die Genauigkeit der pH-Messung des Kathodenvorprodukts ist entscheidend für die endgültige Form von Kolloiden, die sich auf die Qualität auswirkt. Die raue Umgebung aus Sulfiden und Flusssäure verringert die Lebensdauer des Sensors, während Ölschichten auf dem Sensor die Messung erschweren. Der Rosemount RBI pH/OPR-Sensor ist äußerst chemikalienbeständig und auf String-Layer- Resistenz ausgelegt, wodurch die Messsicherheit gewährleistet und der Wartungsaufwand reduziert wird. Es ist wichtig, die Füllstände in Reaktoren und Mischtanks zu kennen, um Schäden an Rührwerken durch zu niedrige Füllstände zu vermeiden und sich vor sicherheitsrelevanten Überfüllungen zu schützen. Die genaue Füllstandsmessung von Metallschlämmen in einem Tank mit Rührwerk, das Turbulenzen erzeugt, kann schwierig sein, weil sich die schwankende Materialdichte auf differenzdruckbasierte Füllstandsmessungen auswirkt und auf viskose Materialien, die Schichtbildung auf Kontakten verursachen würden. Berührungslose Rosemount Radar-Füllstandsmessumformer sind für solche Anwendungen bestens geeignet, da sie diesen Herausforderungen gewachsen sind. Die hohe Empfindlichkeit und einzigartige Software dieser Messumformer stellt sicher, dass ihre Leistung nicht durch schwache Signale und Turbulenzen beeinträchtigt wird, und eine prozessisolierte Antenne schützt vor Korrosion und hoher Kondensation.
Gewährleistung einer stabilen Steuerung und Sicherheit
Ungleichmäßige chemische Additive können Chemikalienabfall und Unstimmigkeiten bei den Rohstoffen verursachen, die zu kostspieligem Produktausschuss führen. Eine zuverlässige, präzise und problemlose Regelung ist ebenfalls unerlässlich, um die korrekte Implementierung von Prozesssteuerungstrategien sicherzustellen. Für Ventile sind diese Anwendungen oft sehr schwierig, weil abrasive und korrosive Chemikalien, Schlämme und Pulver durch den Produktionsprozess fließen. Korrosion beeinträchtigt die Zuverlässigkeit und Leistung von Ventilen und führt zu einer instabilen Durchflussregelung sowie zu potenziellen Leckagen, die ein Sicherheitsrisiko für die Anlage und das Personal darstellen. Zur Aufrechterhaltung zuverlässiger Betriebsabläufe und Vermeidung von Sicherheits- und Umweltproblemen ist es von entscheidender Bedeutung, die Materialverträglichkeit sicherzustellen. Emerson bietet nicht nur eine umfangreiche Auswahl an Regelventilen für schwierige Einsatzbedingungen, sondern verfügt auch über das Know-how, um gemeinsam mit den Kunden die geeignete Technologie und korrosionsbeständigen Werkstoffe auszuwählen, die eine hohe Leistung über eine längere Lebensdauer gewährleisten. Zum Beispiel bieten Fisher™ Ventile mit gehärteten und keramischen Innengarnituren eine gute Verschleißfestigkeit, während das Fisher Vee-Ball mit V-Schlitz-Kugel eine verstopfungsfreie Regelung ermöglicht. Die bidirektionalen Clarkson-Ventile von Emerson verfügen über eine leckagefreie Absperrung und sind für Schlämme mit niedriger und mittlerer Dichte bei Niederdruck (<10 bar) und Hochdruck (<20 bar) geeignet. Für Anwendungen zur Pulverbehandlung sind Keystone™ F990 Ventile mit ihrem geteilten Gehäuse und einteiligen Ventiltellerschaft speziell für hohe Durchflusskapazität und vereinfachte Wartung konstruiert. Für Hersteller, die mit ihren Ressourcen hauptsächlich eine effiziente Produktion und kontinuierliche Produktentwicklung aufrechterhalten möchten, ist Emerson mit seinen führenden Mess-, Regel- und Elektrotechnologien in Kombination mit einem globalen Netzwerk aus Anwendungsexperten und Dienstleistungen für technische Lösungen der ideale Partner in diesem sich schnell entwickelnden Markt. Emersons einzigartige Position macht die Lieferung von Prozessleitsystemen, eine komplette Angebotspalette an fortschrittlichen Messlösungen und das weltweit umfassendste Sortiment an Stellarmaturentechnik möglich.
Wenn Sie erfahren möchten, wie die Produkte und Dienstleistungen von Emerson die Produktqualität, Anlagenzuverlässigkeit und Sicherheit für Hersteller von EV-Batteriekomponenten verbessern können, besuchen Sie Emrsn.co/IM1906DE
