1. مبدأ عمل صندوق القفازات
الصندوق القفازاتيتكون هذا الجهاز بشكل أساسي من هيكل الصندوق الرئيسي، وغرفة انتقالية، ومضخة تفريغ، ونظام تنقية الغاز، ونظام تحكم، وغيرها. ويقوم مبدأ عمله على خلق بيئة خالية من الماء والأكسجين من خلال سلسلة من العمليات الدقيقة. أولاً، تُستخدم مضخة تفريغ لسحب الهواء داخل الصندوق لخلق حالة فراغ، مما يقلل من محتوى بخار الماء والأكسجين داخل الصندوق قدر الإمكان، ويهيئ ظروفًا مناسبة لاستبدال الغاز لاحقًا. عند الوصول إلى درجة فراغ معينة، تُملأ غازات خاملة عالية النقاء، مثل النيتروجين والأرجون، في الصندوق. تتميز هذه الغازات الخاملة بخصائص كيميائية مستقرة، ولا تتفاعل مع المواد الأخرى، مما يوفر بيئة آمنة ومستقرة للتجارب والإنتاج.
لتقليل محتوى الماء والأكسجين داخل صندوق القفازات، زُوّد بنظام تنقية دوران الغاز. يدور الغاز الخامل داخل الصندوق باستمرار عبر نظام تنقية الغاز بفعل مروحة الدوران. عادةً ما يكون عمود التنقية في نظام التنقية مصنوعًا من مواد مثل المناخل الجزيئية، وهو أشبه بـ ددهدسوربيردددد فعّال، إذ يمتص الرطوبة والأكسجين في الغاز بفعالية.
2. صندوق القفازات له استخدامات متعددة في إنتاج البطاريات ذات الحالة الصلبة
(1) في عمليات الخلط والتحريك ووزن المواد الصلبةمواد البطاريةيؤدي صندوق القفازات دورًا أساسيًا. لنأخذ خلط المواد كمثال. غالبًا ما تتكون مواد الأقطاب الكهربائية ومواد الإلكتروليت في بطاريات الحالة الصلبة من مكونات متعددة، ويُعد الخلط المنتظم لهذه المكونات أمرًا بالغ الأهمية لأداء البطارية. في البيئة اللامائية والخالية من الأكسجين التي يوفرها صندوق القفازات، يمكن لعملية الخلط أن تمنع المواد من التفاعل مع الماء والأكسجين من الخارج. على سبيل المثال، عند خلط المواد التي تحتوي على الليثيوم، في بيئة طبيعية، يكون الليثيوم عرضة لتفاعلات قوية مع الماء والأكسجين، مما يُنتج شوائب مثل هيدروكسيد الليثيوم وأكسيد الليثيوم. ستُغير هذه الشوائب التركيب الكيميائي وبنية المواد، مما يؤثر على أداء البطارية. في صندوق القفازات، يمكن خلط المواد بالكامل في بيئة غاز خامل نقي، مما يضمن التوزيع المنتظم لكل مكون ويوفر أساسًا ماديًا عالي الجودة لإنتاج البطاريات لاحقًا. في عملية الوزن، يكون صندوق القفازات بنفس الأهمية. يُعد الوزن الدقيق شرطًا أساسيًا لضمان دقة توزيع المواد. يمكن للبيئة المستقرة داخل صندوق القفازات أن تمنع المواد من امتصاص الرطوبة أو امتصاص الشوائب بسبب الرطوبة الخارجية وتدفق الهواء وعوامل أخرى، وبالتالي ضمان دقة الوزن.
(٢) حصن أمان لتجميع البطارية: بمجرد اكتمال معالجة المواد، تدخل البطارية مرحلة التجميع. في هذه المرحلة، يتحول صندوق القفازات إلى حصن أمان. خلال عملية تجميع البطارية، يجب دمج مواد الأقطاب الكهربائية المختلفة، والإلكتروليتات، والمكونات الأخرى بدقة. تتطلب هذه العملية متطلبات بيئية عالية للغاية، ويجب عزل الماء والأكسجين بدقة. ولأن مواد الأقطاب الكهربائية عادةً ما تكون نشطة للغاية، مثل أنودات معدن الليثيوم، فهي معرضة بشدة للأكسدة في الهواء. بمجرد تأكسدها، لا يقتصر الأمر على تقليل موصلية القطب الكهربائي فحسب، بل يغير أيضًا تركيبه الكيميائي وبنيته، مما يؤدي إلى انخفاض سعة البطارية وتقصير عمرها الافتراضي. في الوقت نفسه، إذا لامس الإلكتروليت (حتى الإلكتروليت الصلب في بطاريات الحالة الصلبة قد يتأثر بالماء والأكسجين إلى حد ما) الماء، فقد يخضع لتفاعلات تحلل مائي، مما يُنتج مواد حمضية أو منتجات ضارة أخرى. يمكن أن تُسبب هذه المنتجات تآكل مكونات أخرى داخل البطارية، مما يؤثر على أدائها واستقرارها.
(3) مساعد موثوق لاختبار الأداء بعد اكتمال إنتاج بطاريات الحالة الصلبة، يُعد اختبار الأداء خطوة مهمة في تقييم جودتها وأدائها، وصندوق القفازات مساعد موثوق في هذه العملية. يجب إجراء اختبار الأداء في بيئة مستقرة وقابلة للتحكم لضمان دقة وموثوقية نتائج الاختبار. يمكن لصندوق القفازات تلبية هذا المطلب بدقة. عند إجراء اختبارات الشحن والتفريغ على بطاريات الحالة الصلبة، قد تتداخل الرطوبة والأكسجين في البيئة مع عملية شحن وتفريغ البطاريات. قد تؤدي الرطوبة إلى تفاعلات جانبية داخل البطارية، مما يؤدي إلى استهلاك المواد الفعالة للبطارية وتسريع إضعاف سعتها. قد يخضع الأكسجين لتفاعلات أكسدة مع مواد الأقطاب الكهربائية في البطارية، مما يؤثر على أداء الأقطاب الكهربائية، وبالتالي دقة منحنى الشحن والتفريغ. يؤدي إجراء اختبارات الشحن والتفريغ في صندوق القفازات إلى التخلص من تداخل الماء والأكسجين، مما يمكن أن يعكس أداء شحن وتفريغ البطارية بشكل حقيقي. البيانات المُحصّلة أكثر دقة وموثوقية، مما يُوفّر أساسًا متينًا لتقييم أداء البطارية وتحسينها. عند إجراء اختبارات عمر دورة البطارية، تُعدّ البيئة المستقرة بالغة الأهمية. إذا كانت بيئة الاختبار غير مستقرة، مثل التقلبات الكبيرة في معايير مثل درجة الحرارة والرطوبة، فسيؤدي ذلك إلى تأثر البطارية بدرجات متفاوتة في فترات الدورة المختلفة، مما يؤدي إلى انحرافات في نتائج الاختبار، ويجعل من المستحيل تقييم عمر دورة البطارية الفعلي بدقة.
3. كيفية اختيار صندوق القفازات
(١) خاصية الختم: تُعد خاصية الختم من أهم خصائص الأداء لصناديق القفازات. يضمن أداء الختم الجيد استقرار البيئة الداخلية للصندوق، ويمنع دخول الهواء والرطوبة والشوائب الخارجية. عند اختيار صندوق قفازات، يُمكن تقييم أداء الختم من خلال مراجعة هيكل الختم، ومواد الختم، وتقارير الاختبار، وما إلى ذلك. بعض صناديق القفازات مزودة بحلقة O-جرس محكمة الغلق، مما يُحقق أداء ختم ممتاز.
(٢) نظام الترشيح: يُعدّ نظام الترشيح عنصرًا أساسيًا في أداء صندوق القفازات، إذ يُزيل الغبار والرطوبة والأكسجين من حجرة القفازات، مما يُحافظ على نظافة البيئة الداخلية ونقائها. تُعدّ كفاءة نظام الترشيح وعمره الافتراضي من المؤشرات الرئيسية التي يجب التركيز عليها. وفي الوقت نفسه، من الضروري فهم دورة صيانة نظام الترشيح واستبداله لضمان أداءٍ مثاليٍّ للصيانة والإدارة أثناء الاستخدام.
٣. سهولة التشغيل: تؤثر سهولة التشغيل بشكل مباشر على كفاءة العمل وتجربة المستخدم. عند اختيار صندوق القفازات، من الضروري مراعاة مدى ملاءمة موقع وحجم منفذ التشغيل وراحته. بعض صناديق القفازات مزودة أيضًا بأنظمة إضاءة ورفوف أدوات وملحقات أخرى، مما يعزز راحة التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون نظام التحكم في صندوق القفازات بسيطًا وسهل الفهم والتشغيل والتعديل.
(٤) عند اختيار صندوق قفازات، لا ينبغي التركيز فقط على السعر، بل ينبغي تقييم فعاليته من حيث التكلفة بشكل شامل. لا تقتصر تكلفة صندوق القفازات على الاستثمار لمرة واحدة عند الشراء، بل تشمل أيضًا تكلفة استخدامه. لنأخذ نظام الترشيح في صندوق القفازات كمثال. يُعد عنصر الترشيح جزءًا حساسًا، ويؤثر تكرار استبداله وتكلفته بشكل مباشر على تكلفة الاستخدام. قد يكون صندوق القفازات عالي الأداء مكلفًا نسبيًا في البداية، ولكن بفضل كفاءة نظام الترشيح العالية وعمر الخدمة الطويل، يمكن أن يقلل من تكلفة الاستخدام على المدى الطويل.
في الوقت نفسه، يُعد استهلاك الطاقة أثناء تشغيل صندوق القفازات عاملاً هاماً في تكلفة الاستخدام. على الرغم من أن صناديق القفازات الموفرة للطاقة قد تكون أغلى من الصناديق التقليدية، إلا أنها توفر التكاليف في الاستخدام اللاحق بفضل انخفاض استهلاكها للطاقة. إضافةً إلى ذلك، يرتبط عمر خدمة صندوق القفازات واستقرار أدائه بكفاءته من حيث التكلفة. لا يوفر صندوق القفازات الموثوق بيئة اختبار مستقرة ويضمن دقة البيانات التجريبية فحسب، بل يقلل أيضاً من التكلفة الإجمالية بفضل انخفاض الأعطال وانخفاض معدل الصيانة. فقط من خلال دراسة هذه العوامل بشكل شامل، يمكن للمرء اختيار صندوق قفازات يلبي الاحتياجات ويتميز بأداء عالي التكلفة.
مع التطور السريع للتكنولوجيا، تتطور تقنية بطاريات الحالة الصلبة باستمرار، مما يفرض متطلبات أعلى على تقنية صندوق القفازات. ولتلبية المتطلبات القصوى لبطاريات الحالة الصلبة من حيث نقاء المواد والنقاء البيئي، يجب أن يُحسّن صندوق القفازات قدرته على التنقية باستمرار، وأن يُقلل من محتوى الماء والأكسجين والشوائب داخله، وأن يضمن عدم تلوث مواد البطارية إطلاقًا أثناء عملية التحضير والإنتاج. كما تُعد تقنيات التحكم البيئي الأكثر دقة بالغة الأهمية. لا يقتصر دور صندوق القفازات المستقبلي على تحقيق بيئة خالية من الماء والأكسجين فحسب، بل يجب أن يكون قادرًا أيضًا على التحكم الدقيق في مختلف المعايير البيئية، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط، لتلبية المتطلبات الخاصة بمواد بطاريات الحالة الصلبة المختلفة وعمليات الإنتاج.
