e-mobility

 

Im Zuge von e-Mobilität und dezentraler Energiespeicherung steigt die weltweite Nachfrage nach Li-Ionen-Akkus. Als weitere Technology ist auch die Brennstoffzelle nach wie vor, im Trend. Die Erzeugung, Speicherung und Nutzung von elektrischer Energie auf nachhaltiger und kosteneffizienter Basis für stationäre und mobile Anwendungen gehört zu den größten globalen Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte. Ziel für uns ist es, industriell anwendbare, kosteneffiziente Lösungen für die Energiespeicherung der nächsten Generationen zu entwickeln. Wir stehen hierbei am Anfang der Produktionskette und unterstützen mit unserem KNOW-HOW.

Lithiumbatteriebeschichtung leicht gemacht

ELEKTROMOBILITÄT erfordert Qualität und Wirtschaftlichkeit
Das Herzstück der Elektroautos sind Lithium-Ionen-Batterien. Um diese qualitati hochwertig und wirtschaftlich zu produzieren, brauchen Hersteller flexible und effiziente Automatisierungslösungen. Aumann hat langjährige Erfahrungen in den Bereichen Automatisierung und Automotive und bietet Ihnen mit zukunftsorientierten Technologien umfassende und flexible Lösungen für Ihre Batterieproduktion.

BATTERIEZELLENMONTAGE – Qualitätssicherung von Anfang an

Eine einzige schlechte Elektrode reicht aus, um die Leistung eines ganzen Batteriepacks negativ zu beeinflussen. Eine späte Qualitätskontrolle kann dabei hohen Ausschuss verursachen. Entscheidend ist es die Qualität bereits In-line – während der gesamten Produktion zu überprüfen. Ein hoher Automatisierungsgrad bei der Batteriefertigung ist daher eine entscheidende Qualitätssicherungsmaßnahme – so lässt sich die Qualität kontinuierlich und effizient bei jedem Prozessschritt überwachen.

ELEKTRODENFERTIGUNG – Präzision in allen Fertigungsschritten
Für die Herstellung von Elektroden sind grundlegende Prozessschritte wie Beschichten, Kalandrieren und Slittling unerlässlich. Eine lückenlose Rückverfolgbarkeit aller produktions- und herkunftsbezogenen Daten ist für das Qualitätsmanagement
unerlässlich – nur so kann eine geringe Fehlerausschussquote gewährleistet und das Performancelevel hochgehalten werden.

BESCHICHTUNG
Die Beschichtung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien kann durch verschiedene  Auftragsverfahren wie Breitschlitzdüse, Comma-Bar und Rakelkammern erfolgen. Als Beschichtungsmedium wird ein sogenannter Slurry verwendet. Dieser beinhaltet je nach Elektrode verschiedene Bestandteile wie Aktivmaterial (Graphit oder Lithiumoxide), Leitruß, Lösungsmittel (Wasser oder NMP), Binder sowie Additive. Der Slurry wird in einem vorgeschalteten Prozess per Trocken- und Nassmischen hergestellt. Die Beschichtung der Trägerfolien (Kupfer oder Aluminium) kann je nach Kundenanforderung auf der von Folienober- und Folienunterseite erfolgen. Hierfür bietet Aumann verschiedene Lösungen an. Tandembeschichtung – zwei separate Beschichtungswerke und Trocknereinheiten Simultanbeschichtung – zwei Beschichtungswerke sowie ein Schwebetrocknersystem Die Beschichtung kann vollflächig, in Streifen, intermitterend oder in Kombinationen ausgeführt werden. Unsere Lösungen für die Qualitätssicherung bei der Beschichtung umfassen u. a. die Produktbereiche Bahnlauf-Zugsteuerung, Regelung von Überdeckung und Oberflächen- sowie Kanteninspektion (z.B. Heavy-Edges) für alle relevanten Prozessschritte. Unsere Anlagenkonzepte sind Komplettlösungen, die an die individuellen Kundenaforderungen angepasst werden. Diese beinhalten:
Auf- und Abwickelsysteme Bahnreinigung und Vorbehandlung – wie z.B. Coronabehandlung, beühungslose und berührende Reinigung.

KALANDER
Im Prozessschritt Kalander werden die beschichteten Folien in einem Walzprozess verdichtet, um die Schichtdicke zu verringern und die volumetrische Energiedichte der Elektrode zu erhöhen. Dabei werden die vorhandenen Poren in der Beschichtung verkleinert.

Beim Kalandern muss ein gleichmäßiger Liniendruck auf die Elektrodenfolien gewährleistet werden. Über ein Zugwerk vor und nach dem Kalander wird die Bahnspannung separiert. Eine berührungslose Bahnreinigung ist vor dem Kalandrieren unabdingbar. Eine  Inspektionseinheit detektiert die Folie auf Fremdpartikel, Fehl- und Fügestellung. Die  übergeordnete Steuerung verarbeitet das Signal und gewährleistet einen reibungslosen  Produktionsablauf. Bei Bedarf kann die Warenbahn segmentiert erwärmt werden.  Unterschiedliche Bahnverläufe sind ebenso darstellbar.

Aumann setzt hierbei auf ein bewährtes Konzept, bei dem für die Walzenpaare auch bei großen Warenbreiten eine gleichförmige Linienkraft ermöglicht wird. Gleichzeitig ist das System flexibel, um auch mit unterschiedlichen Linienkräften zu produzieren. Für das Auf- und Abwickeln der Warenbahnen kommen standardisierte Einheiten zum Einsatz. Hiermit ergibt sich eine Flexibilität mit entsprechendem Automatisierungsgrad ganz nach Kundenwunsch.

Slitting
Die kalandrierte Elektrodenrolle wird nun der Slitting-Anlage zu- geführt. Dabei wird durch einen Schneidvorgang die Warenbahn in Längsrichtung mit rotierenden Messern in  mehrere schmälere Bahnen geschnitten (Längsschnitt). Diese Rollen werden nach dem Schneidprozess jeweils wieder aufgerollt. Auch für die Slitting Prozesse wird die Warenbahn mittels präziser Bahnkantensteuerung ausgerichtet. Der Bahnzug wird von der Abwicklung bis zur spearierten Aufwicklung ständig überwacht und geregelt.

 

Brennstoffzellenbeschichtung für mehr Nachhaltigkeit

Brennstoffzellen erfordern Qualität und Wirtschaftlichkeit

Brennstoffzellen stellen eine alternative Lösung im Bereich der E-Mobilität dar. Obwohl diese Technik schon lange erforscht wird, sind die Fahrzeuge am Markt noch rar. Aumann hat auch hierfür Standardprozesse im Programm.

Brennstoffzellen Funktionsprinzip

Wasserstoffautos oder korrekt, Brennstoffzellen-Autos sind im Grunde Elektrofahrzeuge. Der Unterschied zum „normalen“ E-Autos: Im Fahrzeug ist eine Brennstoffzelle samt Wasserstofftank verbaut, die den Strom für den Antrieb während der Fahrt erzeugt. Eine kleine Batterie fungiert als Puffer bzw. Zwischenspeicher und deckt Lastspitzen z.B. beim Beschleunigen ab. Zudem nimmt sie Rekuperationsenergie (Bewegungsenergie beim Bremsen) auf und speichert sie: In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff gewonnen. Das geschieht durch die Umkehrung der Elektrolyse. Wasserstoff und Luftsauerstoff reagieren zu Wasser, dabei entstehen Wärme und elektrische Energie. Letztere treibt den Elektromotor an.

In den Fahrzeugen kommen sogenannte PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen zum Einsatz. Ihre Wirkungsweise: Die Membran trennt den Wasserstoff und den Luftsauerstoff, die jeweils Anode bzw. Kathode umspülen voneinander. Die Membran ist nur für Wasserstoffionen durchlässig. An der Anode trennen sich die Wasserstoffmoleküle in Ionen und Elektronen. Die Wasserstoffionen wandern durch die PEM zur Kathode und verbinden sich dort mit dem Luftsauerstoff zu Wasser. Die Wasserstoffelektronen aber müssen – weil die PEM für sie eine undurchdringbare Barriere darstellt – den Umweg über eine Leitung von der Anode zur Kathode nehmen: Der so entstehende elektrische Stromfluss lädt die Traktionsbatterie oder treibt den Elektromotor des Fahrzeugs an.

Flexibilität in allen Fertigungsschritten – catalyst coated membran

Aumann hat standardisierte Prozesse zur Beschichtung der Membranfolie zur Herstellung der CCM-Membrane (catalyst coated membran) entwickelt.
• ein- oder beidseitige Beschichtungen
• intermittierende Beschichtung
• eigens entwickelte Breitschlitzdüsensysteme
• Schwebetrocknungssystem
• Ab- und Aufwicklungssysteme
• Warenbahnführungen und –Steuerungen
• Integration von Messsystemen

Membran-Elektroden-Anordnung (MEA)

Die Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) bildet das Kernstück der Brennstoffzelle. Ihre Funktion wird bestimmt durch die Polymerelektrolytmembran (catalyst coated membrane, CCM) mit den Katalysatorschichten auf Anoden- und Kathodenseite sowie den zugehörigen Gasdiffusionslagen (GDL). Eine optimale Abstimmung dieser funktionalen Lagen ist von ausschlaggebender Bedeutung. Darüber hinaus ist die MEA Bestandteil des Dichtungskonzepts. Neben Leitfähigkeit und chemischer Stabilität sind auch die mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Materialien bedeutsam.

Bei der Herstellung einer MEA ist ein wesentlicher Schritt das Aufbringen/ Aufkleben der CCM-Membrane auf Stützfolien/ Subgaskets. Diese Prozess- und Montageschritte inkl. beidseitigem Verkleben GDL auf die MEA können in einem kontinuierlichen Prozessablauf abgebildet werden.

Ein Support, der sich in Zeit, Kosten, Nachhaltigkeit und Effizienz positiv auswirkt.

Rufen Sie uns an. Tel: 015114865930