Gigafaktoria baten ekoizpen-prozesuaren ezaugarriak konplexutasuna eta osagai tekniko handia dira, eta horri gehitu behar zaizkio eskuarki eskala-ekonomiei lotutako ekoizpen-bolumen handiak eta lantegi horiek, hain zuzen ere, horregatik dituzten dimentsio handiak. Horregatik, oso digitalizatuta eta automatizatuta dauden prozedurez ari gara, baterien fabrikazioa garatzeko beharrezkoak diren ibilbide eta azpiprozesu konplexuak prozesu bakar batean bateratzeko.

Oinarri horretatik abiatuta, eta sinplifikazio-ariketa bat eginez, bateriak fabrikatzeko prozesua, oro har, hiru fase handitan edo jarduera-bloketan bana dezakegu, eta horien garapenetik nahi ditugun biltegiratze-gailuak lortuko ditugu.

BATERIAK FABRIKATZEKO PROZESUAREN HIRU FASE NAGUSIAK

Zehazki, jarraian zehazten dugun bezala, aipatutako 3 faseak hauek dira: (I) elektrodoak fabrikatzea, (ii) gelaxkak mihiztatzea eta (iii) mihiztatutako baterien funtzionamendu egokia eratzea, zahartzea eta baliozkotzea.

1. ELEKTRODOEN FABRIKAZIOA

Formatua edozein dela ere (pouch, zilindrikoa edo prismatikoa), bateria bat egiteko lehen urratsa elektrodo izenez ezagutzen diren estalitako bi xaflak ekoiztea da. Fase honetan, ezinbestekoa da materialen arteko kutsadura saihestea, eta, beraz, gigafaktoriek bi ekoizpen-lerro berdin dituzte: bata anodorako eta bestea katodorako.

Oro har, grafitoz estalitako kobrezko xafla batek osatuko du anodoa. Katodoa, berriz, aluminiozko xafla batek osatuko du, hautatutako kimikaren estaldura batekin (NMC, NCA, etab.), aurreko artikulu batean aztertu dugun bezala.

Guztira, multzo horren barruan, elektrodoen ekoizpena zehazten duten 4 jarduera handi daude:

1.1. Mixing

Elektrodoen fabrikazio-prozesuan, «Slurry» izeneko nahasketa lehen urratsa da, eta eragin esanguratsua du bateriaren azken errendimenduan. Prozedura hori funtsezkoa da material aktiboa gero gelaxkako terminalen bidez energia elektrokimikoa transferituko duen xafla eroale batekin lotzeko.

Disolbatzaile (likido) batekin nahasten diren hautsez (material aktiboa) eta masa oretsu bat sortzen duen aglutinatzailez osatuta dago.

"Slurry" ekoizteko bi ekipo mota daude: sortako produkzio-ekipoak dira, normalean nahasgailu planetarioak, edo etengabeko produkzioko ekipoak, nahaste-ganberan zehar dosifikatzeko oinarrizko eragiketak konbinatzen dituztenak, elikadura grabimetriko automatikoaren bidez.

1.2. Coating & Drying

Behin "slurry"-a sortu eta gero, nahasketa hodietan zehar inprimatzeko guneraino joaten da. Bertan, nahasketa substratu edo bobina metaliko baten gainean inprimatzen da, eta substratu edo bobina hori burutik askatzen da, eta bertan uzten da "slurry"-a. Bobina estali horrek lehortzeko labe baten bidez jarraitzen du prozesua. Labe horretan, disolbatzailea lurrundu egiten da, eta material aktiboa laminari itsatsita eta uniformeki banatuta uzten da. Beharrezkoa da lehortzea pixkanaka egitea, elektrodoaren kalitate ona lortzeko. Horretarako, 80 metroko luzera izan dezaketen labeak behar dira.

Bobinaren bi aldeetan aplikatzen den estaldura aldizkakoa edo jarraitua izan daiteke, sortuko den gelaxkaren formatuaren eta tamainaren arabera. Oro har, bobinan inprimatutako zerrenden zabalerak gelaxkaren neurriak mugatzen ditu eta, beraz, linearen ekoizpen-ahalmenari zuzenean eragiten dio.

1.3. Calendering

Bateriak fabrikatzeko prozesuaren hurrengo urratsa kalandraketa da, bobina estalien akabera-prozesua. Aurreko urratsa bezala, karrete motako prozesatua da (roll to roll), non material aktiboz estalitako bobinak bi arrabol beroturen bidez lekualdatzen diren, materiala konprimitzeko eta, horrela, itsaspen hobea, lodiera konstantea eta nahi den dentsitatea bermatzeko.

1.4. Slitting

Slitting esaten zaio bobinak azken mihiztatzean erabiliko diren banakako elektrodoen neurrira mugatzeko balio duen lehen ebaketa-prozesuari. Hau da, kalandratzetik datozen bobinek (mother roll) hortz-banku bat zeharkatzen dute eta hainbat bobina estuagoetan mozten dira azken diseinuari egokituz (daughter rolls).

2. GELAXKAK MIHIZTATZEA (GELA LEHORRA)

Elektrodoak fabrikatzeko blokea amaitutakoan, prozesua bigarren fase batera igaroko da, eta bertan ziegak mihiztatuko dira.

Fase honetako alderdi garrantzitsuenetako bat da ingurune lehor batean egin behar dela, elektrodoan hezetasunik gera ez dadin. Horrek ahalmena galtzea, degradazioa areagotzea edo azido fluorhidrikoa sortzea eragin dezake. Horregatik, elektrodoak hutseko labeetatik igarotzen dira gainerako hezetasuna murrizteko, eta gelaxken kalitatea bermatzen duen klimatikoki kontrolatutako ingurune batera eramaten dira.

Ingurune horri areto lehorra deitzen zaio. Areto mota horiek, oro har, -40 ° C-ko ihintz-puntu batean egoten dira, nahiz eta tenperatura baxuagoak hartzen ari diren hezetasunarekiko sentikorragoak diren kimikak sortzen diren heinean (NMC811, metalezko litioa).

Etapa honetan elektrodoak neurrira mozten dira eta karkasetan mihiztatzen dira, nahiz eta prozesu hori gelaxka-formatuaren arabera aldatzen den (pouch, prismatika, zilindrikoa). Zehazki, hiru jarduera handi daude multzo honetan:

2.1. Notching

«Pouch» motako baterien kasuan, hurrengo urratsa bobinak gelaxkarako elektrodo indibidual bihurtzeko ebaketa-prozesu bati dagokio.

Ebaketaz arduratzen den makinak (anodoa edo katodoa ekoizteko desberdina izaten jarraitzen du) bobina desbiribilkatzen du eta betiledun elektrodo angeluzuzenak sortzen ditu, ondoren mihiztatzeko.

Ebaketa-prozesu hori bi teknologia motaren arabera egin daiteke: ebaketa mekanikoa (trokela hortzekin) eta laser bidezko ebaketa. Sistema mekanikoak prozesuaren kostua murriztu ohi duen arren, labana zorroztu eta ordeztu behar izaten da. Bestalde, laserrak malgutasun handiagoa eskaintzen du eta elektrodoekin kontaktu zuzena izatea saihesten du.

2.2. Stacking

Bigarren mozketaren ondoren, gelaxken stacking edo pilaketa prozesua iristen da; askotan, botila-lepoa izaten da gelaxken mihiztaduran. Katodo eta anodo lerroak konbinatzen diren lehen etapa da hau. Helburua da anodoa, bereizlea eta katodoa txandaka pilatzea, eta, era berean, estali gabeko betileak agerian uztea.

Horretarako metodologiarik ohikoena Z formako metaketa da, non bereizgailua elektrodo-geruza bakoitzaren gainean tolesten den sigi-saga mugimenduak eginez. Geruzen lerrokadura funtsezkoa da prozesu honetan; izan ere, deslerrokatzeak elektrodoak bereizgailutik haratago zabaltzea eragin dezake, eta, beraz, zirkuitulaburra egin daiteke gelaxka osatu ondoren.

Beste aukera bat ijezketa bidez pilatzea da. Metodo honek elementu bakoitza geruzaka (bereizgailua/anodoa/bereizlea) lotzen du, eta geruza horiek katodoaren geruzen ondoan pilatzen dira, txandaka.

2.3. Pouch Assembly

Metaketa osatu ondoren, elektrodoen erlaitzak terminalekin lotu behar dira soldadura-prozesu baten bidez.

Orduan, gelaxka bere enbalatzeko material aurreformatuan txertatzen da, ertz bat irekita utziz. Multzoa elektrolitoz betetzen da eta hutsean zigilatzen da soberan dagoen ertzean zehar. Produktua ordu batzuetan beratzen uzten da, prestakuntzara, zahartzera eta probatzera bidali aurretik.

3. PRESTAKUNTZA, ZAHARTZEA eta BALIOZKOTZEA

Mihiztatu ondoren, gelaxkari egokitzapen-fasea ezartzen zaio. Prestakuntza-, zahartze- eta baliozkotze-fasea, «Formation, ageing and testing» (edo «fa & T» ingelesezko sigletan) izenez ere ezagutzen dena; gelaxkari hasierako karga bat egiten zaion fase kritikoa da, eta haren ezaugarriak eta errendimendua ebaluatzen dira.

Azken sekuentzia, hau da, aurrekarga, desgasifikazioa, eraketa, tenperatura altuetan zahartzea eta abar, denboran, ordenan eta errepikapenetan atzeratu daiteke fabrikatzailearen arabera. Probaren erregimenaren arabera, gelaxkak asteak igaro daitezke azken fase horretan.

Ekipoak kanalez betetako dorreez osatuta daude, sistema erabat automatizatuak dituztenak, eta biltegi handi konputarizatuen antzekoak dira. Eskatutako ekipamenduak eragin handia du ekoizpen-plantaren azken dimentsioetan, aldi berean prozesatzen diren gelaxka-bolumen handiak direla eta.

Azken fase hori amaitutakoan, azken gailua lortuko da, eta, ondoren, bateriak jarduerarako osagai kritiko gisa behar dituzten hainbat aplikaziotan erabili ahal izango da.

JASANGARRITASUNERANTZ OSO DIGITALIZATUTA ETA AUTOMATIZATUTA DAUDEN PROZESUEN MULTZOA

Ikusi dugunez, baterien fabrikazio-prozesua jarduera-talde konplexu eta ezberdinek osatzen dute, eta horiek osagai tekniko eta doitasun handia dute. Horregatik, testuaren hasieran esan bezala, gigafaktorien industriaren ezaugarri nagusia digitalizazio- eta automatizazio-maila handia da, funtsezkoa baita prozesua optimizatzeko eta garatzeko.

Hala, machine learning eta adimen artifizialean oinarritutako soluzioak ohikoak izango dira datozen gigafaktorien etorkizuneko belaunaldietan. Batez ere, baterien fabrikazioa bezalako manufaktura-prozesu batek eskura dituen datuen aberastasunean oinarrituta, informazio hori optimizatzeko ustiatzea ahalbidetzen baitu.

Baina konponbide horiek eraginkortasunari eta produktibitateari dagokienez duten eraginaz harago, kontuan hartu behar da, halaber, teknologia mota horiek aukera ugari ematen dizkiotela bateriak fabrikatzeko industriari, iraunkortasunari eta ingurumen-inpaktuaren neurketari dagokienez. Adibidez, prozesuaren ondoriozko hondakinen azterketaren bidez, baztertutako gaien sorrera nola murriztu azter daiteke, ingurumen-inpaktua minimizatzeko eta sektorearen "zirkularitatea" maximizatzeko.

Azken batean, ikus daitekeenez, baterien fabrikazioaren ezaugarri nagusia jardueren konplexutasuna eta aniztasuna eta kontuan hartu beharreko alderdiak dira. Hala ere, prozesu horien garapenaren eta optimizazioaren eta gigafaktoria ospetsuen bidez horien ugaritzearen mende dago, hein handi batean, etorkizuneko trantsizio energetikoa. Horregatik, CIC energiGUNEtik industriari laguntza ematen diogu horrelako jardueren ikerketan eta garapenean, bai eta horien erronketan ere, guztion artean etorkizuneko industrietako bat bultzatzeko.