La fabrication de cellules de batteries lithium-ion modernes impose des exigences très élevées à l'environnement de processus. En particulier, l'humidité de l'air doit être réduite au minimum lors des étapes de production critiques, car même les plus faibles apports d'humidité peuvent constituer une menace pour la stabilité électrochimique des cellules. Des points de rosée inférieurs à -60 °C sont désormais la norme dans la fabrication en zone sèche. La mesure précise et fiable de ces conditions extrêmes est techniquement complexe, mais cruciale pour l'assurance qualité.
Les mini-environnements comme alternative économe en énergie
Au lieu de sécher des salles blanches entières, ce qui est coûteux, de plus en plus de fabricants misent sur des « mini-environnements » : des zones d'air pur et sec compactes, closes et localisées, dans lesquelles l'air sec et pauvre en particules est acheminé directement vers le point d'utilisation. L'alimentation en air se fait généralement de manière active par le haut, tandis que le personnel d'exploitation reste en dehors de la zone critique. Cela minimise l'entrée d'humidité et de particules sans restreindre la maniabilité.
Le spécialiste des salles blanches Weiss Klimatechnik réalise des zones de processus proches de la production et localement limitées qui garantissent une atmosphère constamment sèche et stable. De même, les utilisateurs bénéficient d'une rentabilité accrue grâce à une consommation d'énergie considérablement réduite par rapport aux méthodes traditionnelles.
Capteurs dans des conditions extrêmes
Les capteurs de point de rosée sont l'élément central de la surveillance de l'humidité dans les mini-environnements. Leur tâche : mesurer de manière précise et constante l'humidité de l'air à des valeurs ppm minimales. Cependant, dans la pratique, il s'avère que de nombreux capteurs atteignent leurs limites dans ces conditions, que ce soit en raison de dérives, de temps de réaction lents ou de pannes en dehors de la plage de mesure spécifiée.
Dans le but d'évaluer les performances de différents types de capteurs dans des conditions réelles de salle sèche, Weiss Klimatechnik a réalisé un test de longue durée de six mois avec neuf capteurs de différents fabricants. L'objectif consistait à déterminer l'adéquation des capteurs pour une utilisation dans des mini-environnements extrêmement secs. Le test a montré que le choix du capteur a une influence directe sur la sécurité du processus.
Comportement de réaction et temps morts
La vitesse de réaction des capteurs de point de rosée est un facteur décisif pour la sécurité du processus. En particulier en cas d'entrée soudaine d'humidité, par exemple due à des fuites, des erreurs de manipulation ou un changement de matériau, le capteur doit être capable de réagir dans les plus brefs délais et de fournir des valeurs fiables. Le test de longue durée réalisé par Weiss Klimatechnik montre que les différences entre les capteurs testés étaient considérables : la plage des temps T90 (temps nécessaire pour atteindre une variation de valeur de 90 %) allait de moins d'une seconde à plus de six minutes.
Il est intéressant de noter qu'aucun lien cohérent n'a pu être établi entre le principe de mesure et la vitesse de réaction. Au total, neuf capteurs utilisant différentes technologies ont été testés : capteurs au polymère, à l'oxyde d'aluminium, au pentoxyde de phosphore ainsi qu'électrolytiques-résistifs. Alors que certains capteurs à base de polymère ont réagi très rapidement, d'autres appartenant au même groupe technologique ont présenté des retards importants. Les capteurs à l'oxyde d'aluminium ou au pentoxyde de phosphore n'ont pas non plus fourni de résultats uniformes en termes de temps de réaction.
Le test suggère que les algorithmes utilisés, par exemple pour l'auto-étalonnage ou le traitement des signaux, ont une influence plus importante sur le comportement que le principe de mesure physique lui-même.
Conséquences pour la pratique
Dans la pratique, il ne suffit pas de se fier aux spécifications techniques d'un capteur. Il faut plutôt tenir compte de la stabilité réelle à long terme, du comportement dans des conditions d'air extrêmement sec et de la réactivité aux événements humides dans des conditions réelles.
La technologie des capteurs doit être considérée comme une partie intégrante du système global. Le choix d'un type de capteur particulier doit être basé sur des données de performance validées et tenir compte de la combinaison du matériel, du logiciel et de la stratégie d'étalonnage. Les capteurs à temps de réponse rapide et à faible dérive permettent une détection précoce des entrées d'humidité et garantissent ainsi la stabilité des processus dans la chambre de séchage.
Réimpression gratuite. Veuillez indiquer comme source Weiss Klimatechnik GmbH.