ABINGDON, OXFORDSHIRE, Großbritannien — Die Zukunft der Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ionen-Akkus), wie sie in Laptops, Smartphones, Hybridautos und anderen Anwendungen zum Einsatz kommen, könnte bei einem britischen Start-up Gestalt annehmen. Nexeon Ltd. hat an seinem Hauptsitz in Abingdon, Oxfordshire, eine Anlage zur Herstellung einer von dem Unternehmen entwickelten Siliziumanode errichtet, die die Energiedichte und Lebensdauer von Li-Ionen-Akkus deutlich verbessert.
Ein entscheidender Schritt bei der Herstellung der Siliziumanoden ist der Transfer präziser Mengen an Siliziumpulver und anderer Bestandteile von einer Beutelentleerstation in einen Aufschlämmungstank, wo sie in einer wässrigen Lösung vermischt werden. Dazu kommt einPNEUMATI-CON®-Vakuumfördersystem für die Verdünnungsphase von Flexicon (Europe) Ltd. zum Einsatz.
Der Transfer erfolgt staubfrei und sicher. „Siliziumpulver ist brennbar und kann unter bestimmten Bedingungen explosiv sein“, sagt David Bent, Produktionsleiter bei Nexeon. „Flexicon hat das Pulver analysiert und das pneumatische System dafür entwickelt, einschließlich Maßnahmen zur Staubbekämpfung und zum Explosionsschutz.“
Die Sackentleerstation enthält Staub
Der erste Schritt beim Transport des Pulvers besteht darin, Säcke mit Siliziumpulver und Additiven manuell in die an einem Bodenbehälter montierte Sackentleerstation zu entleeren. Eine Sackablage dient dem Bediener als Arbeitsfläche zum Vorbereiten, Reinigen und Öffnen der Säcke.
Ein in die Sackentleerstation integriertes Staubabsaugsystem saugt den in der Luft schwebenden Staub durch zwei Patronenfilter an, während Umkehrimpulse die Filter automatisch reinigen und den angesammelten Staub in den Behälter zurückführen.
Das pneumatische Fördersystem beschickt den Wiegetrichter
Die Pulver fließen vom unteren Auslass des Bodentrichters über einen Aufnahmestutzen in die zweistufige pneumatische Förderleitung. Der erste vertikale Abschnitt verläuft vom Trichterauslass aus in einem Winkel von 90 Grad nach oben und mündet in den zweiten horizontalen Abschnitt, der vom Silizium-Entladebereich zum Hauptverarbeitungsbereich führt. Der Aufnahmetrichter mündet in einen Schlamm-Nachfüllbehälter.
Ein Seitenkanalgebläse stromabwärts des Filterbehälters auf dem Aufnahmetrichter erzeugt ein Vakuum, das das Material durch die pneumatische Förderleitung saugt und so die Staubkontrolle verbessert. Das vollständig geschlossene System fördert das Siliziumpulver nahezu staubfrei. Da das System unter Vakuum arbeitet, verbleibt das Siliziumpulver auch dann im Fördersystem, wenn die Dichtheit des geschlossenen Systems unbeabsichtigt beeinträchtigt wird.
Der Filterempfänger ist isoliert und sicher
Der Filterbehälter trennt das Siliziumpulver vom Luftstrom, bevor das Pulver in den Auffangtrichter gelangt. Wie die Sackentleerungsstation verfügt er über ein Umkehr-Impulsstrahlsystem, das die Filterpatronen in festgelegten Zeitabständen automatisch reinigt. Der Filteraufnehmer ist in einem Sicherheitsbereich isoliert und durch eine Explosionsentlastungsplatte geschützt, die so ausgelegt ist, dass sie die bei einer Explosion entstehende Energie ableitet, ohne dass es zu einem katastrophalen Versagen des Filteraufnehmers kommt. Am unteren Auslass des Auffangtrichters leitet ein pneumatisch betätigtes Schieberventil das Siliziumpulver in den Schlammtank ab.
Ein Satz Wägezellen unter dem Bodentrichter an der Sackentleerstation sendet in Kombination mit Wägezellen unter dem Filterbehälter Signale an die SPS, die die Zuführung einer vorgegebenen Pulvermenge in den Schlammbehälter automatisiert.
Ein Niedrigstandssensor am Boden des Zuführtrichters signalisiert der SPS, das Förderband anzuhalten, bis weiteres Material in den Trichter geschüttet wird, um das Gesamtgewicht der Charge zu erreichen. Am Aufnahmetrichter signalisiert ein Hochstandssensor der SPS, das Förderband anzuhalten, falls der Trichter im Falle einer Systemstörung kurz vor dem Überlaufen steht.
Nexeon vermied eine Stück-für-Stück-Vorgehensweise bei der Auswahl und Installation der Anlagen, indem es auf ein Komplettsystem von Flexicon setzte. „Wir sind sehr zufrieden mit den von Flexicon erbrachten Leistungen in den Bereichen Planung, Bau, Installation und Inbetriebnahme“, erklärte Herr Bent.
Ersatz für Siliziumanode steigert die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus
Die Technologie von Nexeon ersetzt herkömmliche Kohlenstoff-/Graphitanoden (den negativen Elektrodenpol) in Lithium-Ionen-Batterien durch eine firmeneigene Siliziumformulierung, die die Energiedichte der Zelle erhöht und die mit Silizium verbundenen Ausdehnungsprobleme löst.
Der Markt für verbesserte Lithium-Ionen-Anoden ist weltweit enorm, da diese in Unterhaltungselektronikgeräten wie Smartphones, Tablets und Laptops zum Einsatz kommen. Der größte aufstrebende Markt sind Elektrofahrzeuge, wo sich die Nachfrage voraussichtlich verdreifachen wird, so David Bent, Produktionsleiter.
Nexeon GmbH
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