في المركبات الكهربائية وبطاريات الهواتف المحمولة التي نستخدمها يوميًا، وكذلك في محطات تخزين الطاقة، تُعدّ بطاريات الليثيوم المكونات الأساسية. ومع ذلك، يجهل الكثيرون أن صنع بطارية ليثيوم جيدة وآمنة يتطلب جهازًا أساسيًا - فرن تجفيف بطاريات الليثيوم - لا غنى عنه. يبدو الأمر كما لو أنه...فرن تجفيف كبيريا للهول، لكن وظيفته أهم بكثير من وظيفة فرن التجفيف العادي. إذا لم تُجرَ عملية التجفيف بشكل صحيح، فقد تنخفض سعة البطارية، ويقصر عمرها الافتراضي، أو حتى تُشكِّل مخاطر على السلامة. اليوم، من منظور الإنتاج الفعلي، لنتحدث عن وظيفة فرن التجفيف الكبير هذا، وكيفية عمله، وأهميته البالغة لجودة البطارية.
أولاً، لنفهم لماذا يجب تجفيف بطاريات الليثيوم باستخدام فرن التجفيف؟ الأقطاب الكهربائية والفواصل في بطاريات الليثيوم معرضة بشكل خاص لامتصاص الرطوبة - تمامًا كما تلين الكعكات مع مرور الوقت. عندما تمتص هذه الأجزاء الرطوبة، قد تظهر مشاكل أثناء عملية تجميع البطارية. على سبيل المثال، إذا لم تُجفف المادة الطينية على القطب الكهربائي تمامًا، فسيؤدي ذلك إلى تحلل الإلكتروليت عند تصنيع البطارية، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات ويؤدي إلى انتفاخ البطارية وانخفاض سعة التخزين؛ والأخطر من ذلك، أن الرطوبة قد تُحفز تفاعلات داخلية، مما يزيد من خطر ارتفاع درجة حرارة البطارية ونشوب حريق فيها.
دعونا نتحدث عن كيفيةفرن التجفيف يُزيل الرطوبة. إنها ليست مجرد عملية خبز بسيطة، بل هي سلسلة من الإجراءات الدقيقة. أولًا، يحتوي فرن التجفيف على أجهزة تسخين تُحافظ على درجة الحرارة عند مستوى مُحدد - على سبيل المثال، 80-120 درجة مئوية عند تجفيف الأقطاب الكهربائية، و120-180 درجة مئوية عند تجفيف الخلايا. لكن التسخين وحده لا يكفي؛ فالهواء يحتاج أيضًا إلى تحريك. تُوزّع مراوح فرن التجفيف الحرارة في كل زاوية لضمان تسخين جميع الأجزاء بالتساوي، فلا يجف أي جزء بينما يبقى جزء آخر رطبًا.
والأهم من ذلك، أن بعض أفران التجفيف مزودة بخاصية شفط الهواء. وكما هو الحال عند شرب مشروب باستخدام ماصة، فإن إزالة الهواء تزيد من احتمالية تحول الرطوبة إلى بخار ماء وتسربها. على سبيل المثال، عند معالجة الخلايا، يُفرغ هواء فرن التجفيف أولًا، ثم يُسخّن. هذا يُزيل الرطوبة تمامًا من أعماق الأجزاء. علاوة على ذلك، يحتوي فرن التجفيف على جهاز إزالة رطوبة، يُشبه جهاز إزالة الرطوبة المنزلي، لامتصاص الرطوبة من الهواء ومنع عودتها إلى الأجزاء. من خلال هذه السلسلة من العمليات، يُمكن تقليل الرطوبة في أجزاء البطارية إلى المعدل الطبيعي.
يختلف استخدام فرن التجفيف باختلاف مراحل إنتاج البطاريات. ففي المرحلة الأولى من تصنيع الأقطاب الكهربائية، يُوضع المعجون على الرقاقة المعدنية، ثم يُستخدم فرن التجفيف للتجفيف.يحتوي على مذيبات، وإذا لم يجف، فلن تلتصق الأقطاب جيدًا، وهناك خطر تساقط الحطام عند لف البطارية. في هذه الحالة، يجب أن يكون فرن التجفيف سريعًا وموحدًا - فهو يحتاج إلى تجفيف المذيبات بسرعة لضمان كفاءة الإنتاج، وفي الوقت نفسه، يجب التأكد من تجفيف جميع أجزاء القطب بالتساوي، وإلا فسيكون سمك القطب غير متساوٍ، وستتأثر سعة تخزين البطارية أيضًا.
بعد تجهيز الأقطاب الكهربائية ولفّها في الخلايا، يجب وضعها في فرن تجفيف. في هذه المرحلة، تكون المتطلبات أكثر صرامة. يجب استخدام فرن تجفيف بالتفريغ لإزالة الرطوبة تمامًا من الخلايا. بعد تجميع الخلايا، تأتي الخطوة التالية وهي حقن الإلكتروليت. في حال وجود رطوبة في الخلايا، سيتفاعل الإلكتروليت معها، مما يُلحق الضرر بأداء البطارية. في هذه المرحلة، تكون درجة حرارة فرن التجفيف أعلى ويستغرق وقتًا أطول. أحيانًا، يتطلب الأمر تجفيفًا لعدة ساعات لتقليل الرطوبة إلى أدنى مستوى.
تختلف متطلبات أفران التجفيف باختلاف أنواع البطاريات. على سبيل المثال، بطاريات فوسفات حديد الليثيوم الشائعة وبطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم. تتميز أقطاب بطاريات فوسفات حديد الليثيوم بسهولة تجفيفها نسبيًا، لذا يمكن خفض درجة حرارة فرن التجفيف قليلًا. مع ذلك، تتميز أقطاب بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم بحساسية أعلى وتتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة. قد تؤثر درجة الحرارة المرتفعة قليلًا على أداء الأقطاب. مثال آخر على ذلك بطاريات تخزين الطاقة كبيرة الحجم. نظرًا لكبر حجم الخلية، يجب أن يكون فرن التجفيف أكبر حجمًا. يجب تصميم قنوات تهوية خاصة لضمان تجفيف الجزء الداخلي من الخلية.
مع تطور تكنولوجيا البطاريات، تشهد أفران التجفيف تطورًا ملحوظًا. في الماضي، كان على العمال فحص درجة حرارة ورطوبة أفران التجفيف باستمرار. أما الآن، فقد أصبحت أفران التجفيف مزودة بأنظمة ذكية، تُعرض البيانات على الشاشة آنيًا. وفي حال تجاوزت درجة الحرارة الحد المسموح به، يُطلق إنذار تلقائي. كما يمكن لبعض المصانع التحكم في أفران التجفيف عن بُعد عبر أجهزة الكمبيوتر، مما يُغني عن الحاجة إلى البقاء بجانبها طوال الوقت. علاوة على ذلك، تتميز أفران التجفيف الحالية بكفاءة أعلى في استهلاك الطاقة. فعلى سبيل المثال، تستخدم مواد عزل أفضل، مما يُصعّب تسرب الحرارة، كما يُمكنها إعادة تدوير الهواء الساخن المُنبعث لإعادة استخدامه، مما يُقلل من تكاليف الإنتاج.
ربما يظن البعض أن فرن التجفيف مجرد جهاز تسخين؟ في الواقع، ليس كذلك. إنه أشبه بفحص الجودة في إنتاج البطاريات. إذا لم تُجرَ عملية التجفيف بشكل صحيح، فلن تتحسن جودة البطاريات مهما رُكِّبت البطاريات لاحقًا. على سبيل المثال، واجه أحد مصانع البطاريات مشاكل بسبب عدم انتظام درجة حرارة فرن التجفيف، مما أدى إلى زيادة نسبة الرطوبة في الأقطاب الكهربائية بعد التجفيف. في النهاية، تم التخلص من جميع هذه البطاريات، مما تسبب في خسائر فادحة. لذلك، تُجري مصانع البطاريات التقليدية حاليًا عمليات تفتيش دورية لأفران التجفيف، مثل استخدام أجهزة لقياس درجة الحرارة في كل نقطة في فرن التجفيف للتحقق من تجانسها، ومعايرة مستويات الرطوبة والفراغ لضمان عمل المعدات بشكل طبيعي.
باختصار، مع أن فرن تجفيف بطاريات الليثيوم قد يبدو غير ذي أهمية، إلا أنه يُعدّ معدّات لا غنى عنها في إنتاج البطاريات. فهو يتحكم بدقة في رطوبة مكونات البطارية من خلال التسخين الدقيق، وتزويد الهواء، واستخراج التفريغ، وإزالة الرطوبة، مما يضمن عمرًا أطول للبطاريات، وسعة تخزين أفضل، وأمانًا أكبر. مع تطور صناعات المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة، ستزداد متطلبات جودة البطاريات، وستصبح أفران التجفيف أكثر ذكاءً ودقة، مما يضمن استخدامنا لبطاريات ليثيوم أفضل.
