Esistono miscelatori continui che combinano portate elevate e tempi di permanenza brevi con una qualità di miscelazione riproducibile per i materiali per batterie?
Sì. I sistemi continui di miscelazione e di dispersione possono unire, per i materiali per batterie, portate elevate, impianti compatti e una qualità di prodotto riproducibile. La loro idoneità dipende però in misura essenziale dal fatto che si lavorino polveri secche, slurry per elettrodi ad alta viscosità, soluzioni leganti o elettroliti.
Per gli slurry per elettrodi vengono impiegati frequentemente miscelatori intensivi continui, estrusori bivite o sistemi rotore-statore. Gli estrusori bivite consentono trasporto, bagnatura, impastamento e dispersione in un unico processo continuo. I loro moduli a vite possono essere adattati alla ricetta specifica, al contenuto di solidi e alla sollecitazione di taglio richiesta. Si prestano in particolare a slurry ad alta viscosità e a compiti di dispersione impegnativi, ma devono essere dimensionati in modo che particelle, strutture di nerofumo conduttivo o leganti non vengano compromessi da un apporto eccessivo di energia. L'impiego di estrusori per la miscelazione continua degli slurry viene studiato in misura crescente nella produzione di celle per batterie; il controllo e l'ottimizzazione del processo continuano in ciò a essere considerati un importante compito di sviluppo.
I sistemi rotore-statore si prestano soprattutto alla rapida aspirazione, bagnatura e dispersione di polveri in liquidi. L'elevata azione di taglio locale può aprire gli agglomerati e ridurre notevolmente il tempo di dispersione. Il tempo di permanenza nella luce di taglio è certamente molto breve, ma il tempo complessivo di processo necessario è determinato dalla ricetta, dall'immissione dei solidi, dal compito di dispersione e, all'occorrenza, dai ricircoli necessari o dall'omogeneizzazione a valle. Un'affermazione generica secondo cui ogni slurry sarebbe dispersa «in tempo reale» non sarebbe pertanto affidabile.
Per i processi a elettrodo secco o per la premiscelazione di componenti in polvere si possono considerare miscelatori continui a pale, a palette o rapidi. Lavorano con piccoli volumi di miscelazione e con tempi di permanenza medi che vanno frequentemente da pochi secondi a circa un minuto. In un esempio documentato i tempi di permanenza medi si collocano tra 5 e 50 secondi; sono influenzati dalla portata, dal livello di riempimento, dal numero di giri e dalla geometria dello scarico.
La riproducibilità dipende meno dal tipo di miscelatore in sé che dall'intero processo. Presupposti sono flussi di materiale regolati gravimetricamente e stabili nel tempo, un esercizio stazionario definito, una distribuzione controllata del tempo di permanenza nonché grandezze di misura e di regolazione idonee. Tipicamente vengono monitorati portata, numero di giri, coppia, temperatura e – a seconda del prodotto – densità, viscosità, conduttività o segnali spettroscopici. La distribuzione del tempo di permanenza dovrebbe essere determinata con prove con tracciante, poiché influenza la rapidità con cui un processo raggiunge uno stato stabile dopo l'avviamento o un cambio di ricetta.
I miscelatori statici possono essere sensati come stadio di omogeneizzazione a valle con liquidi a viscosità da bassa a media. Richiedono però un dosaggio uniforme e non possono compensare errori di dosaggio o una premiscelazione insufficiente. Per slurry per elettrodi ad alta viscosità e ricchi di solidi non costituiscono per lo più un'alternativa completa ai sistemi di dispersione dinamici.
Rispetto ai grandi impianti a lotti, i sistemi continui possono ridurre l'ingombro e la quantità di materiale in processo. Percorsi di prodotto chiusi facilitano inoltre la gestione di polveri che generano polverosità o di slurry contenenti solventi. Il vantaggio concreto deve però essere dimostrato per ogni chimica: i sistemi NMC, LFP, a grafite e al silicio si distinguono notevolmente per contenuto di solidi, tendenza all'agglomerazione, sensibilità al taglio e reologia obiettivo.
AMK: portata e tempo di permanenza regolabili separatamente
Il miscelatore continuo AMK di amixon® consente una portata elevata con un breve tempo di permanenza e un'omogeneità costantemente alta. Portata e durata di permanenza sono regolabili indipendentemente l'una dall'altra. La griglia AMK va dall'AMK 50, con una portata di circa 1–3 m³/h, fino all'AMK 3000, con circa 45–135 m³/h. Il tempo di permanenza è indipendente dalla frequenza di rotazione degli utensili di miscelazione; intensità di miscelazione e portata si possono regolare separatamente. Per compiti di miscelazione semplici il tempo di permanenza può essere mantenuto breve, per ricette complesse con molti solidi e liquidi viene prolungato in modo mirato. L'organo miscelante SinConcave®/SinConvex® genera lo stesso rimescolamento forzato tridimensionale dei miscelatori discontinui amixon®. La qualità di miscelazione è riproducibile e corrisponde a una miscela casuale tecnicamente ideale con una distribuzione del tempo di permanenza definita e ampia.
AMK: regolare in modo indipendente intensità di miscelazione e tempo di permanenza
Il miscelatore continuo AMK di amixon® è concepito per processi continui in cui devono combinarsi portate elevate, un tempo di permanenza medio definito e un'omogeneità riproducibile. Il suo particolare vantaggio consiste nel fatto che intensità di miscelazione e tempo di permanenza possono essere impostati separatamente: il numero di giri degli utensili di miscelazione determina soprattutto l'intensità del movimento del prodotto, mentre livello di riempimento, regolazione dello scarico e portata influenzano il tempo di permanenza medio.
L'AMK può così essere dimensionato sia per compiti di miscelazione brevi sia per ricette complesse con più solidi e liquidi. La serie AMK va – in funzione della taglia e del processo – da portate ridotte intorno a 1 m³/h fino a circa 135 m³/h. Per compiti di miscelazione impegnativi si possono prevedere tempi di permanenza medi fino a diversi minuti.
Senza le tipiche perdite di avviamento
Una caratteristica particolare dell'AMK è il suo avvio di produzione regolato. All'inizio lo scarico resta chiuso. I dosatori gravimetrici partono contemporaneamente con portata massica ridotta e armonizzano tra loro i propri rapporti di dosaggio. Appena il miscelatore è riempito circa a metà, l'organo miscelante inizia a lavorare; a circa l'80 % del grado di riempimento di lavoro lo scarico si apre gradualmente. Successivamente il grado di riempimento viene mantenuto costante e la portata viene aumentata fino al valore previsto.
In tal modo il prodotto può essere scaricato entro la qualità di miscelazione perseguita già dall'inizio della produzione. Le quantità di avviamento fuori specifica che nei processi di miscelazione continui si presentano altrimenti frequentemente si possono evitare o ridurre notevolmente. Anche alla conclusione controllata della produzione il miscelatore può essere svuotato in modo continuo.
Tempo di permanenza lungo come polmone di miscelazione
L'AMK utilizza un livello di riempimento di prodotto definito come camera di miscelazione attiva. Un tempo di permanenza medio sufficientemente dimensionato favorisce l'omogeneizzazione di ricette complesse e può smorzare nel tempo le inevitabili oscillazioni di dosaggio di breve durata. Questo è particolarmente vantaggioso con molti componenti, con microaggiunte o nell'incorporazione di piccole quantità di liquido.
La distribuzione reale del tempo di permanenza dipende però sempre dal prodotto e dal processo. Nelle applicazioni impegnative dovrebbe essere esaminata con il prodotto originale, per esempio con prove con tracciante. Determinante non è soltanto un tempo di permanenza lungo, ma il rapporto armonizzato tra costanza di dosaggio, grado di riempimento, portata, intensità di miscelazione e comportamento allo scarico.
Delicato sul prodotto oppure intenso
L'organo miscelante SinConcave®/SinConvex® genera un movimento tridimensionale del prodotto e favorisce una miscelazione uniforme nonché uno svuotamento residuo molto buono. L'intensità di miscelazione può essere adattata da un'omogeneizzazione particolarmente delicata fino a una disagglomerazione mirata. Gli utensili di miscelazione SinConcave® raggiungono, nelle applicazioni idonee, gradi di svuotamento residuo fino al 99,997 %.
L'AMK può lavorare prodotti secchi, umidi e in sospensione. I liquidi possono essere introdotti nella camera di miscelazione in modo controllato; se siano sensati una termoregolazione, un'essiccazione o una reazione aggiuntive dipende dall'esecuzione dell'apparecchio concretamente concordata e dal compito di processo. La camera di miscelazione può essere realizzata per la zona 20.
Sperimentazione con il prodotto originale
amixon® verifica il processo di miscelazione continuo nel centro prove con il prodotto originale. Vengono in ciò esaminati in particolare l'omogeneità, il comportamento di dosaggio e di scarico, il tempo di permanenza necessario, la delicatezza sul prodotto, l'incorporazione di liquidi e la pulibilità. Così si può dimostrare, prima dell'investimento, se l'AMK raggiunge in modo riproducibile la qualità di miscelazione desiderata sull'intero campo di portata previsto.