在陶瓷研究方面具有高度灵活性，旨在生产创新的电池材料
03 May 2021
MOBILE MINOR®于2015年交付用于KIT的研发活动。来源：Markus Breig, KIT。
卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的应用材料-储能系统研究所（IAM-ESS）进行了新型储能材料的生产方面的研究，例如锂离子电池（LIB）和后锂系统。一个关键的关注领域是对材料化学和设计的更好理解，以及陶瓷工艺的开发，这将有助于创建面向未来的组件和系统。
例如，IAM的一项最新研究集中于富锂和锰的层状氧化物的形成和电压降解的结构方面。他们的研究结果被评为《自然通讯》 2019年化学和材料科学领域前50名出版物之一，并系统地研究了富锰锂插入化合物的电压衰减及其结构和组成依赖性。
甚至在Binder博士——他现在是“合成和陶瓷粉末技术”研究组的负责人——于1994年加入KIT学院（前身为卡尔斯鲁厄研究中心（Forschungszentrum Karlsruhe））之前，该研究所已在使用两台MOBILE MINOR®，其中一台目前仍活跃在各个研究领域。几年前，他们又增加了一个部门；最近，他的团队订购了两台新的MOBILE MINOR®，其中一台是Jubilee MOBILE MINOR®，这是GEA在研发应用方面向客户销售的第2500台。
用于HEMF合成中试工厂的新系统，将使我们能够将有前途的电池材料的合成策略从实验室转移到中试工厂规模，以便使用这些新型材料制造和分析大型电池。”
——KIT学院IAM-ESS研究所的合成和陶瓷粉末技术研究组负责人Joachim R. Binder博士
支持在KIT的HEMF电池材料研究
亥姆霍兹能源材料铸造厂（HEMF）是一个大型的协作研发平台，致力于为能源转换和存储应用合成新的和改良的材料。在HEIT项目中，KIT正在建立一个电池材料合成中试工厂，以便现在可以在KIT电池技术中心的整个价值链中进行电池研究。
为了就锂离子电池的潜在用途评估新的或改良的电池材料，几克范围内的样品质量就足够了；但是，如果材料表现出良好的电化学性能，则必须以更大的体积验证其性能。为了制造大型锂离子电池，需要大量的电池材料（多达10kg），在KIT建立了一个中型合成工厂，其中使用了两台MOBILE MINOR®来生产所需的电池材料。它执行以下任务：
- 从小型实验室合成到可扩展的过程
- 几种材料的制备，以生产大型锂离子电池
- 生产少数几种用于电池系统制造的材料
该工厂的关键要求是在放大生产过程中保持粉末质量并确保可重复性。中等规模的合成工厂既可以实现可靠的材料合成过程，又可以在材料和过程优化过程中实现高度的灵活性。目前，IAM-ESS研究所的十二位积极进取的团队成员致力于合成和陶瓷粉末技术领域，以提供面向应用的科学突破。
为了支持这项重要工作，GEA为陶瓷团队提供了数台MOBILE MINOR®，其成熟的基准设定干燥技术，非常适合研发应用。
“用于HEMF合成中试工厂的新系统，将使我们能够将有前途的电池材料的合成策略从实验室转移到中试工厂规模，以便使用这些新型材料制造和分析大型电池，” Binder博士说。除了这些灵活的中试规模的喷雾干燥装置外，该领域还采用了其他工艺步骤，例如研磨、沉淀或煅烧；在不久的将来，完整的电极生产也将在KIT电池技术中心进行。
除了研究合成新型电极材料外，科学家还研究了用于微波的铁电材料，这些材料可用于现代通信和信息系统以及印刷电子领域。通常，一个单元用于喷雾干燥铁电钛酸锶钡（BST）材料，而其他单元用于锂离子或钠离子材料。基于成功使用GEA喷雾干燥设备的悠久传统，两台新型MOBILE MINOR®的额外灵活性改变了游戏规则。如果HEMF项目需要高通量，则可以并行使用这两台设备。
该项目最大的挑战是与KIT团队一起评估各种GEA研发活动解决方案的优缺点。”
——GEA销售经理Gunter Philipp
“尽管如此，两个独立系统的综合灵活性最终赢得了比赛，最终使我们能够提供Jubilee MOBILE MINOR® 2500用于研发活动！”Gunter Philipp评论道。GEA的MM-100喷雾干燥机具有改进的设计，但同样保持占地面积小，配备了新型的超高效旋风分离机CEE（Cyclone Extra Efficiency），是MOBILE MINOR®系列的最新产品。
新开发的CEE旋风分离机具有更高的分离效率，既提高了可用产量，又减少了排放。跨应用的MOBILE MINOR®喷雾干燥机已在全球近2400家工厂中安装，功能强大、可靠且用途广泛。它非常适合工艺过程扩大规模应用，并且易于使用、清洁和移动。旋转雾化器的通用气体分散器以及双流体喷嘴，可以很容易地与可选的低速气体分散器进行交换，后者的流动模式与大型喷雾干燥器中使用的DPH气体分散器类似，用于喷嘴雾化。
本质上，喷雾干燥是一个连续的过程，旨在提供高生产率和一致的产品质量。喷雾干燥是越来越多的化学和制药公司偏爱的一种生产更好的材料、粉末甚至药物的技术。这种超快而温和的干燥技术提供了独特的方式来定义粒子特征。
GEA提供一系列专门为研发、产品开发和小批量生产而设计的喷雾干燥机。易于操作的MOBILE MINOR®使用雾化器轮进行颗粒分配，而对于较大的安装，已获得专利的GEA Combi-Nozzle可产生始终如一的高品质产品。通过这种设置可以处理陶瓷涂层或镍、钴隔离层。
无论活性如何，各种材料的组成和喷涂粉末的粒径都必须精确且可复制，从而使研究人员能够比较和评估各种材料。“在调查期间，我们使用了数台MOBILE MINOR®来重复生产均质的前体、结构化材料或颗粒，以用于不同的应用，这对我们到目前为止的测试和研究具有重要意义。”Binder博士补充说。团队一直在展望未来，已经在开发锂后储能系统。我们需要保持关注，以了解这些激动人心的调查结果如何。
