Der internationale Spezialist für High Performance Chemikalien, Daikin Chemical, betreibt ein neues Innovationszentrum in Dortmund. Schwerpunkt dort: Die Forschung an der Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge. Den dafür notwendigen Trockenraum im personenbesetzten Labor hat weisstechnik geplant und realisiert.
Erfolgreiche Tochter eines Global Players
Daikin Industries ist ein japanischer Konzern, beschäftigt rund 88.000 Mitarbeitende. Das Unternehmen engagiert sich in unterschiedlichen Branchen und Anwendungsbereichen, besitzt zudem zahlreiche Tochterunternehmen. Dazu gehört auch Daikin Chemical Europe, ein international Spezialist für Fluorchemikalien.
Mit seinem neu gebauten Innovations-Center in Dortmund forciert das Unternehmen sowohl die Grundlagenforschung für Kunden als auch die Entwicklung und Verbesserung eigener Produkte. Ein zentrales Forschungsgebiet ist die Weiterentwicklung von Materialien für Lithium-Ionen-Akkus und andere Batterien, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Im Mittelpunkt der Forschungsarbeit steht die Optimierung bestehender Batterien, um Grundlagen für die nächsten Generationen an Energiespeichern zu schaffen.
Forschung auf ein neues Niveau bringen
Das Dortmunder Innovationszentrum bietet der Forschungsabteilung für Batterien eine Ausstattung mit mehr technischen Möglichkeiten. Ab sofort ersetzt ein großzügig dimensionierter Trockenraum für zwei Personen die bisherigen Handschuhkästen (Glove-Boxen). Der Trockenraum steigert Komfort und Effizienz der Laborarbeit, erhöht außerdem die Flexibilität hinsichtlich der Prozesse und Größe der einzubringenden Materialien und Geräte. Die bisher genutzten Glove-Boxen waren lediglich auf Objekte bis zu einer Größe von 20 x 20 Zentimetern ausgelegt inklusive aufwändiger Ein- und Ausschleusung. Der Trockenraum vereinfacht die Arbeitsabläufe und bietet deutlich größere Dimensionen. Damit lässt sich beispielsweise auch eine Ausrüstung zum Verpressen aktiver Materialien im Raum nutzen.
Von den Grundlagen bis zum Proof-of-Concept
Die Forschung von Daikin Chemical umfasst die Arbeit mit aktiven Materialien und Mischungen, zum Beispiel für die Präparation von Elektroden oder zur Herstellung von neuartigen Festkörper-Elektrolyten für die nächste Generation von Lithium-Ionen- Batterien. Das Ziel ist, optimale Materialkombinationen zu entwickeln und deren Einsetzbarkeit zu prüfen – speziell in Bezug auf Wechselwirkungen mit anderen Stoffen. So erhalten die Kunden die komplette Chemie für ihre Batterie aus einer Hand.
Darüber hinaus stehen die Megatrends der Batterietechnologie im Fokus der Entwicklung: Erhöhung der Energiedichte und Verkürzung der Ladezeit, die Verlängerung der Lebensdauer, ebenso die Optimierung der Sicherheit und Steigerung der Nachhaltigkeit.
Forschungsschwerpunkt Batterie-Chemie
Um die Performance der Zellchemie zu untersuchen und zu verbessern, werden verschiedene Materialien gezielt kombiniert und das Ergebnis beispielsweise in Knopfzellen getestet. Eine wichtige Komponente spielt dabei auch metallisches Lithium, das schnell und aggressiv mit Feuchtigkeit reagiert. Deshalb sind Arbeiten und Tests mit metallischem Lithium stets im Trockenraum durchzuführen, um Menschen, das Labor und die Umwelt zu schützen.
Überzeugend beim Ausschreibungsverfahren
Mit Engagement und Fachkompetenz setzte sich weisstechnik gegenüber den Wettbewerbern durch. Das technische Gesamtkonzept für den Trockenraum, das im Projektverlauf wegen geänderter Rahmenbedingungen mehrfach angepasst werden musste, erfüllte alle Anforderungen. Die hier erstmals eingesetzte Luftentfeuchtungsanlage mit einem 2-Rotor-Konzept trägt in Verbindung mit einem Kühlaggregat (Chiller) aus dem Hause Daikin zu einer optimalen Energieeffizienz bei. Ein weiterer entscheidender Aspekt war, dass das Unternehmen ein One-Stop-Shop-Anbieter ist, der sowohl Trockenraum- als auch Reinraumtechnik im Portfolio hat und alle Leistungen von der Planung bis zum Service aus einer Hand bietet.
Technische Eckdaten des Trockenraums
Der Trockenraum hat eine Größe von 52 Quadratmeter und einen Taupunkt von minus 55 Grad Celsius. Er ist als Labor mit entsprechenden Personenschleusen ausgestattet und ermöglicht den permanenten Aufenthalt von zwei Personen. Die Trockenkammer wurde im Ständerbau aus Standardmodulen gefertigt und sichert die Einhaltung einer Raumtemperatur von 21 Grad Celsius plus/minus 3 Grad. Die Klimatechnik wurde in die bestehende Haustechnik eingefügt. Eine Besonderheit bestand in der Integration des von Daikin gestellten Doppel Chillers Typ EWAQ 130G-XR.
Der Doppel Chiller besitzt einen höheren Anschaffungspreis gegenüber anderen Modellen, senkt aber durch eine bessere Modulierbarkeit die Energiekosten deutlich. So amortisiert sich das Gerät bereits nach einem Jahr. Darüber hinaus unterstützt der Doppel Chiller Daikin bei der Erreichung seiner ehrgeizigen Nachhaltigkeitsziele.
Projekt erfolgreich ausgeführt
Nach Abschluss und Inbetriebnahme der Anlage zieht Dr. Martin Lemke, Senior Manager ADTS bei Daikin Chemical Europe, ein überaus positives Fazit: „Die Professionalität und Zuverlässigkeit von weisstechnik setzte sich von der Planung bis zum Betrieb des Trockenraumes konsequent fort. Dazu gehörte auch das erforderliche Finetuning der Anlage, das von den weisstechnik Servicespezialisten schnell und kompetent durchgeführt wurde. Die Anlage läuft äußerst stabil und leise, dabei hält sie den Taupunkt sogar bis 2,5 Personen zuverlässig.“
In der Konzeption fand ein möglicher Ausbau des Trockenraumes in einen Reinraum bereits Berücksichtigung. Die weitere Stufe lässt sich so zu einem späteren Zeitpunkt problemlos umsetzen. Auch von der Dauer überzeugte das Projekt. Trotz coronabedingter Verzögerungen und bauseitiger Änderungen wurde der Trockenraum vor dem geplanten Fertigstellungstermin fertig gestellt. (ch)
