Trockenräume für Forschung, Entwicklung, wissenschaftliche Institute
Präzise Feuchtesteuerung für Batterieforschung – von der Materialentwicklung bis zur Pilotlinie.
Trockenheit ist in der Batterieforschung nicht verhandelbar
Lithium reagiert mit Luftfeuchtigkeit – bereits Spuren von Wasser beeinträchtigen Zellchemie, Kapazität und Sicherheit von Batterien. Für Forschungseinrichtungen und Entwicklungslabore gelten dabei andere Anforderungen als in der Serienfertigung: Flexibilität, schnelle Parameteranpassung und variable Taupunktsteuerung sind entscheidend.
Lithium und lithiumhaltige Elektrolytverbindungen reagieren stark mit Wassermolekülen in der Luft. Die Folge sind elektrochemische Nebenreaktionen, die die Kapazität reduzieren, die Lebensdauer verkürzen und im Extremfall entzündliches Wasserstoffgas freisetzen. Für die Verarbeitung von Elektrodenmaterialien, Elektrolyten und Lithium-Metallfolien sind kontrollierte Niedrigfeuchte-Umgebungen zwingend notwendig.
Forschung ist kein Fließband, andere Anforderungen als in der Serie
In der Serienfertigung ist ein Trockenraum auf einen definierten Prozess hin optimiert: konstanter Taupunkt, feste Raumdimensionen, hohe Durchsatzzahlen. Einmal eingestellt, läuft die Anlage stabil – Veränderungen sind selten und aufwendig.
Forschungs- und Entwicklungslabore stehen vor einem grundsätzlich anderen Szenario:
- Prozessparameter wechseln häufig, teils täglich.
- Neue Materialien und Zellchemien erfordern unterschiedliche Feuchtebedingungen.
- Die Anzahl der Personen im Raum variiert – von Einzelversuchen bis zu Teambetrieb.
- Anlagen müssen umgebaut, ergänzt oder ersetzt werden können, ohne den Raum dauerhaft umzubauen.
Betriebsparameter ändern - ohne Betriebsunterbrechung
In der Serienproduktion ist die Stabilität der Umgebungsparameter ein Qualitätsmerkmal. In der Forschung ist die gezielte Variation der Parameter das eigentliche Werkzeug. Experimente erfordern reproduzierbare, aber wechselbare Bedingungen.
Was einfache Parameteranpassung in der Praxis bedeutet:
- Taupunktsollwert per Steuerung anpassbar: Kein Umbau, keine Neukalibrierung der Gesamtanlage – die Entfeuchtungseinheit regelt auf den gewünschten Zielwert.
- Temperaturbereiche wechseln: Relevante für materialspezifische Versuche; Heiz- und Kühlkonzepte müssen integriert sein.
- Dokumentation und Protokollierung: Für wissenschaftliche Auswertung müssen alle Parameter lückenlos und zeitstempelgenau erfasst werden können.
- Schnellstart nach Umbau: Nach Geräteänderungen im Raum sollte die Anlage schnell wieder auf Sollwert fahren können – lange Anfahrzeiten kosten Versuchszeit.
Flexibilität als Designprinzip
Ein Forschungstrockenraum muss mit den Anforderungen der Projekte wachsen. Was heute eine Materialstudie mit Taupunkten unter –40 °C ist, kann morgen ein Pilotversuch unter –65 °C mit neuer Anlagentechnik sein.
Flexibilität in Trockenräumen für Wissenschaft und F&E bedeutet konkret:
- Modulare Raumstruktur: Trennwände, Schleusen und Versorgungseinheiten sollten umrüstbar sein, ohne die gesamte Gebäudehülle verändern zu müssen. Vorgefertigte Isolierpaneele ermöglichen schnelle Rekonfiguration. Room-in-room-Systeme erlauben Umbauten.
- Skalierbare Entfeuchtungskapazität: Adsorptionstrockner lassen sich stufenweise dimensionieren. In kleinen Laboren reichen oft kompakte Einheiten – mit definierten Schnittstellen für Erweiterungen.
- Schnittstellenoffenheit für Prozessgeräte: Luftausgänge, Kabeleinführungen, Mediendurchführungen und Stromversorgungen müssen an wechselnde Gerätekonstellationen angepasst werden können. Textilkanäle sind hier maximal flexibel.
- Kompatibilität mit Mini-Environments: Besonders feuchteempfindliche Prozessschritte lassen sich innerhalb des Trockenraums in nahezu gasdichten Umgebungen (sogenannten Mini-Environments) kapseln, die Taupunkte von unter –70 °C lokal und energiesparend bereitstellen.
Der Mensch als größte Feuchtelast im Trockenraum
In der Serienfertigung wird der menschliche Feuchteeintrag durch weitreichende Automatisierung minimiert. In Forschungsumgebungen ist das anders: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten manuell, führen Versuche durch, begleiten Aufbauten und bringen dabei große Mengen Feuchtigkeit in den Raum. Eine Person gibt im Trockenraum rund 120 g Wasserdampf pro Stunde ab – durch Atmung, Hautverdunstung und Kleidung.
Das hat erhebliche Konsequenzen:
- Jede zusätzliche Person im Raum erhöht die Entfeuchtungsleistung signifikant.
- Bei sehr tiefen Taupunkten (unterhalb –60 °C) kann sich der erforderliche Luftvolumenstrom durch eine einzige zusätzliche Person verdoppeln.
- Kritische lokale Feuchtepeaks entstehen dort, wo Personen nahe an sensiblen Materialien oder offenen Zellen arbeiten.
Bei SINTEF hat Weiss Technik einen solchen Forschungstrockenraum für Pouch-Zellen geplant und gebaut.
| Merkmal | Serienfertigung | Forschung & Entwicklung |
|---|---|---|
| Taupunkt | Fest eingestellt (z. B. –40 °C oder –60 °C) | Variabel und anpassbar (–30 °C bis –70 °C+) |
| Raumgröße | Groß bis sehr groß (100–10.000 m²) | Klein bis mittelgroß (10–200 m²) |
| Prozessstabilität | Hohe Kontinuität gefordert | Häufige Prozesswechsel vorgesehen |
| Personalbelastung | Hohe Automatisierung, wenig Personal | Wechselnde Personenzahl, manueller Betrieb |
| Anlagenkonfiguration | Festinstalliert | Modular, umbaubar |
| Energieoptimierung | Skaliert auf Dauerbetrieb | Betrieb häufig intermittierend |
| Normanforderungen | Streng (Serienprozesse, Audits) | Flexibler, forschungsorientiert |
Weiss Technik baut Trockenraumsystem in Norwegen
Als Marktführer im Bereich Umweltsimulation ist Weiss Technik auch für wissenschaftliche Institute die erste Adresse beim Anlagenbau. Für SINTEF, die größte unabhängige Forschungsorganisation Skandinaviens mit Sitz in Trondheim, plant und realisiert Weiss Technik einen Trockenraum für die Entwicklung und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien.
SINTEF erarbeitet seit mehr als 70 Jahren wissenschaftliches Know-how in den Bereichen Technik, Naturwissenschaften, Medizin und Sozialwissenschaften. Aktuell errichtet das norwegische Institut eine Forschungsanlage für Forschung und Entwicklung sowie Produktion von Lithium-Ionen-Batterien für zukünftige Elektroantriebe. Zum Aufbau dieses Kompetenzzentrums vertraut SINTEF auf Weiss Technik als Partner für das Trockenraumsystem. Trockenräume sind entscheidend für eine effiziente und sichere Batterieproduktion. Ein konstantes Raumklima mit einer extrem geringen Luftfeuchte ist im Rahmen des feuchtigkeitsempfindlichen Produktionsprozesses maßgebend für die Qualität und Funktionssicherheit der Lithium-Ionen-Batterien.
