ש: אילו סיכונים עיקריים לזיהום קשורים בנחושת ואבץ בייצור סוללות ליתיום-יון, ולמה מנהלי רכש מאלצים תקנים קפדניים של חוסר נחושת וחוסר אבץ?

בעולם המדויק של ייצור סוללות ליתיום-יון, גם כמות זעירה ביותר של זיהום מתכתי משני יכולת להוביל לכישלון קטסטרופלי של הסוללה, לסיכונים לביטחון ולאובדים כספיים עצומים. מנהלי רכש והנדסאים מחקר ופיתוח שמתכננים קווי ייצור סוללות חייבים לאכוף תקנים קפדניים של חוסר נחושת (Cu-free) וחוסר אבץ (Zn-free) בכל המכונות, כולל מְהַפְכִּים תדריים, ארונות חשמל ומערכות פנומטיות.

הסיבה המדעית למחמירים הללו נמצאת בתגובה האלקטרוכימית של اللي튬. במהלך מחזורי הטעינה והפריקה של תא ליון-ליתיום, חלקיקים זעירים של נחושת ואבץ עלולים להתנתק מרכיבים תעשייתיים סטנדרטיים עקב שחיקה מכנית או אינטראקציה כימית. חלקיקים מיקרוסקופיים מתכתיים אלו נעים לתוך החומרים הפעילים של הסוללה ולאלקטרוליט.

במהלך הזמן, מזהמים מתכתיים אלו עוברים התמוססות אלקטרוכימית וצירוף מחדש על האנודה. תהליך זה יוצר גבישים מתכתיים מיקרוסקופיים הידועים בשם דנדריטים. ככל שהדנדריטים גדלים, הם עלולים לחדור את קרום המפריד הפולימרי הדק שמעכב את ההגעה של האלקטרוד החיובי והשלילי זה לזה. כאשר דנדריט חורץ את המפריד הזה, נוצר קצר פנימי מקומי. תוצאה זו היא פריקה עצמית מהירה, חימום מקומי ובחמורות הקיצוניות – ריצה תרמית, אשר גורמת לסוללה להבעיר או להתפוצץ.

כדי למחוק את הסיכון הזה, מפעלי סוללות מודרניים מגבילים את השימוש באבץ, בנחושת ובהבראות שלהן (כגון אקריל, נחושת-אינדיאן) בכל ציוד הנמצא ישירות מעל או קרוב לתאי הסוללה הפתוחים במהלך הרכבה, חיתוך, כריכה ומילוי אלקטרוליט. תקני התעשייה מגדירים בדרך כלל ציוד ללא נחושת וללא אבץ כתכולה של פחות מ-1% ואף 0.1% של יסודות אלו לפי משקל בכל החומרים הגלויים.

ש: כיצד ממירים תדר ומתקני האוטומציה שסביבם תורמים לשמירה על סביבה ללא נחושת וללא אבץ?

מתמרים תדריים, או מפענלי תדר משתנה (VFDs), הם קריטיים לשליטה במהירות ובטורק של מנועים חשמליים על קווי ייצור סוללות ליתיום. המנועים הללו מונעים ציוד ערבוב, גלגלות לקידוח אלקטרודות, סכינים לחתך והובלת חומרים באמצעות רצועות הובלה. למרות שמתמרים נמצאים בדרך כלל בארונות חשמל מרוחקים, הבחירה וההתקנה שלהם חייבת עדיין לעמוד במגבלות קפדניות בנוגע לזיהום, מכיוון שהם מחוברים ישירות לקו האוטומטי.

ראשית, ממירים תדר סטנדרטיים ומנועים סטנדרטיים כוללים לעיתים קרובות ליפופי נחושת, חיבורים מברס ומשטחי פיזור חום או מסגרות הרכבה מצופים אבץ. אם ממירים אלו מותקנים קרוב לקו הייצור, מפרici מזוהרים יכולים לזרוק אבקה מיקרוסקופית של אבץ או נחושת ממשטחי הפיזור ישירות על דפי האלקטרודות הפתוחים. לכן, מהנדסים חייבים לבחור ממירים שתוכננו עם מערכות enfusion סגורה או לבחור ממירי תדר משתנים (VFD) המשתמשים במשטחי פיזור חום מאלומיניום אנודאי או נירוסטה במקום באלו המצופים אבץ.

שנית, יש לטפל בזהירות בכבלים והחיצונים הקשורים לממירי תדר גבוה. כבלים משוריינים סטנדרטיים משתמשים בעריגת נחושת, וכבל גלדס סטנדרטיים עשויים מברס. כדי למנוע זיהום, מהנדסי המחקר והפיתוח חייבים לציין כבלים עם שריון מצופה ניקל או להגן על הכבלים באמצעות צינורות נירוסטה אטומים. את כבל הגלדס יש להחליף בגירסאות נירוסטה או פוליאמיד מיוחדות.

שלישית, יש לארגן בקפידה את האינטגרציה של ממירים תדר עם מנהלות פנאומטיות מקומיות וצילינדרים. בתחנות אוטומטיות רבות, מנוע חשמלי הנע על ידי ממיר תדר עובד בשיתוף פעולה עם מפעילים פנאומטיים. רכישת המוצרים מהיצרן אחד באיכות גבוהה כמו AIRWORK מבטיחה ש- רכיבי פנומטיקה , כגון שסתומים, צילינדרים ויחידות הכנת אוויר, מאושרות לחלוטין כלא מכילות נחושת ולא מכילות אבץ, ובכך מתאימות לאינטגריות הסביבתית של המערכות החשמליות.

ש: מה הם הקשיים ההנדסיים בהחלפת חומרים סטנדרטיים של אבץ ונחושת ברכיבים פנאומטיים, ואיך AIRWORK פותרת אותם?

רכיבי פניאומטיקה סטנדרטיים מסתמכים במידה רבה על אבץ למחברים, על ציריות שסתומים פנימיות ועל מדממים, וכן על פלדה מצופה אבץ לכיסויי צילינדר, מוטות חיבור ומסגרות. אבץ נפוץ בשל הלחיצות הטבעית שלו והתנגדותו לקורוזיה, בעוד שציפוי באבץ הוא דרך כלכלית למנוע את חלידת הפלדה. עם זאת, בייצור סוללות ליתיום, החומרים הסטנדרטיים הללו אסורים לחלוטין. החלפתם יוצרת מספר קשיי הנדסה:

• שמירה על הלחיצות ללא אבץ: אבץ משמש לעיתים קרובות במבנים דינמיים של חתימות בגלל מקדם החיכוך הנמוך שלו. החלפתו בפלדת אל חלד עלולה לגרום לבלאי מאיץ של החתימות אם עיבוד המשטח אינו מפוליש מאוד.
• מניעת קורוזיה ללא ציפוי באבץ: חלקים של פלדה רכה חייבים להוחלף בחומרים שנותנים הגנה שווה או טובה יותר מפני חלידת פלדה, מבלי להשתמש בציפויי אבץ.
• שליטה בעלויות: פלדת אל חלד וציפוי ניקל יקרים יותר מאבץ סטנדרטי ופלדה מצופה אבץ.

AIRWORK פיתחה פתרונות פנאומטיים מיוחדים לתעשיית סוללות الليטיום, אשר עומדים בדרישות הקפדניות של חוסר נחושת וחוסר אבץ, מבלי לפגוע בביצועים או באורך החיים:

• פלדת אל חלד מסוג SUS303 ו-SUS304: AIRWORK משתמשת בפלדת אל חלד ברמה גבוהה עבור מוטות צילינדרים, מוטות קיבוע וחלקי חיבור. המשטחים מעובדים במיקרומטר ומעובדים לעדשה מבריקה כדי להבטיח תנועה חלקה של החותמים ולמנוע לחלוטין את שחרור חלקיקים זעירים.
• אלומיניום מְצֻפֶּה ניקל: לגופי שסתומים ולקצות הצילינדרים, AIRWORK משתמשת באלומיניום אנודיזציה עם ציפוי ניקל כימי. הציפוי הזה מספק עמידות מעולה בפני קורוזיה ואינו מכיל כלל אבץ או נחושת.
• פולימרים טכניים: רובה של חלקי החיבור שלנו והמנחים הפנימיים לשסתומים מיוצרים מפלסטיק הנדסי בעל חוזק גבוה כגון פוליאוקסימתילן (POM) ופוליבוטילן טרפט (PBT), אשר אינם מכילים מזהמים מתכתיים.
• שומנים מוסמכים נקיים: שומנים פנאומטיים סטנדרטיים עלולים להכיל תוספים של אבץ להגנה נגד כישלון עקב חיכוך. AIRWORK משתמש בשמנת סינטטית מיוחדת אשר מאושרת כחפה מאבץ ומתאימה למסדרות ניקיון, כדי למנוע זיהום כימי בחומרי הסוללה.

ש: אילו פרמטרים עיקריים חייב מנהל רכש B2B לבדוק בעת רכישת רכיבי אוטומציה חסרי נחושת וחסרי אבץ?

בעת רכישת רכיבים לפרויקט ייצור סוללות ליתיום, מנהלי רכש חייבים לעבור את גיליונות הקטלוג הסטנדרטיים ולבדוק את הרכבים החומציים המדויקים והאישורים האיכותיים. להלן רשימת בדיקה של פרמטרים קריטיים שיש לאשר עם הספקים שלכם:

• הצהרות על הרכב החומר: דרשו פירוט מלא של כל החלקים המетאליים הגלויים. יצרן מהימן כמו AIRWORK מספק הצהרות רשמיות המאשרות כי התכולה בנחושת ואבץ נמוכה מן הסף הנדרש (בדרך כלל פחות מ-0.1% לפי משקל).
• אימות טיפול משטחי: לאשר כי כל שיכבה של ציפוי המשמשת היא ציפוי ניקל חסר זריקה (ENP) או אנודיזציה, ולאשר שלא קיימים ציפויים של כרומט צינק או ציפויים תחתוניים מברס.
• שלמות החותמים הדינמיים: לאשר שהחותמים הדינמיים עשויים אלסטומרים עמידים כגון פלואורוקאוצ'וק (FKM) או פוליאוריטן (PU) שאינם מכילים סוכני קיבוע מבוססי צינק.
• בדיקות ואישורים: לברר אם הרכיבים עברו בדיקות מעבדה עצמאיות כדי לאשר את הבטיחות הכימית שלהם. AIRWORK מספקת תיעוד ברור ואישורים על התאמה לכל המוצרים הפנומטיים לדרישות סוללות.

על ידי שותפות עם AIRWORK, מנהלי רכש יכולים לפשט את שרשרת האספקה שלהם. במקום לרכוש חיבורים מספק אחד, צילינדרים מספק אחר וصمامים מספק שלישי, AIRWORK מציעה תיק נרחב ומורכב של רכיבי פניאומטיקה מאושרת ללא נחושת וללא אבץ. זה מפחית את הניירת הנדרשת לאישור, ממזער את הסיכון לכשלים בהתקשרות והבטחת פעילות מקסימלית של קו האוטומציה בביטחון ובאמינות.