Wolftechnik AS-Tiefenfilterkerze

Die AS-Tiefenfilterkerze ist eine hochvoluminöse Klassifikationskerze mit von außen nach innen gleichbleibender Porenstruktur. Der besondere 3-D-Tiefenfilter-Aufbau besteht aus gerollten Filterlagen und sichert reproduzierbare Filtrationseigenschaften für hochwertige Anwendungen. Bild: Martin Wolf Wagner

| von Redaktion
  • Eine definierte und homogene Partikelverteilung ist ein Schlüsselfaktor für Batteriemassen mit möglichst hoher Energiedichte.
  • Die vorgestellte Tiefenfilterkerze verfügt über eine besonders voluminöse, aber feine Filterstruktur und eignet sich damit besonders für die Klassifikation der Batteriemassen-Slurries.
  • Die stabile Qualität bei der Klassifikation wird unterstützt durch ein entsprechendes Filtergehäuse mit gleichmäßigem Durchfluss ohne Absetzen von Slurry-Partikeln.

Die Entwicklung moderner Batterien steht aktuell im Fokus. So spielen sie eine wichtige Rolle beim Übergang in die Elektromobilität. Aber auch mobile Endgeräte sind auf leistungsstarke Akkus angewiesen. Ein wichtiger Rohstoff zur Fertigung moderner Akkumulatoren ist Lithium. Das Leichtmetall ist aufgrund seiner Elektronegativität ein ideales Elektrodenmaterial für Batterien mit hoher Energie und Leistung. In Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LiB) wird Lithium nicht in seiner metallischen Form eingesetzt, sondern als Interkalation im Wirtsgitter eines Trägermaterials, wie beispielsweise Grafit. Die Lithiumionen sind in der Verbindung eingelagert. Dünne Elektrodenfolien werden mit einer Mischung aus Aktivmaterial, Binder und Leitfähigkeitsadditiven beschichtet. Das Aktivmaterial selbst ist ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen, wie beispielsweise Grafit, amorphen Kohlenstoffen und Lithiumtitanoxid.

Mehr Energie durch homogene Partikel­verteilung

Der besondere 3-D-Tiefenfilter-Aufbau besteht aus gerollten Filterlagen, die aus PE/PP-Bikomponentenfasern gefertigt und mit Drainagegewebe voneinander getrennt sind. Der Aufbau verhindert Verdichtung, eliminiert Kanalbildung und das Blockieren des Filters.
Der besondere 3-D-Tiefenfilter-Aufbau besteht aus gerollten Filterlagen, die aus PE/PP-Bikomponentenfasern gefertigt und mit Drainagegewebe voneinander getrennt sind. Der Aufbau verhindert Verdichtung, eliminiert Kanalbildung und das Blockieren des Filters. Bild: Wolftechnik / Walter Roux

Bei der Elektrodenfertigung wird das Rohmaterial in Dissolvern oder Knetern in einem temperierten Prozess dispergiert. Die Prozessparameter müssen so gewählt werden, dass eine homogene Partikelverteilung gewährleistet und eine Reagglomeration verhindert werden. Die Aktivmaterialien und Leitadditive sind entscheidend für die Kapazität und den Elektrodenwiderstand. Wichtig für die spezifische Speicherkapazität, Zellspannung, Leistungsdichte und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien. Eine wohldefinierte Slurry-Masse ist zudem der Schlüssel dafür, einen dünneren Film des Elektrodenproduktes zu erreichen. Die Erhöhung der Energiespeicherdichte von Lithium-Ionen-Batteriezellen ist eines der zentralen Ziele, um die Anforderungen zu erfüllen, die beispielsweise Elektrofahrzeuge an die aktuelle Entwicklung stellen. Die Energiedichte bezeichnet die Verteilung von Energie auf eine bestimmte Größe und steht damit in direktem Zusammenhang mit der Betriebsdauer mobiler Geräte oder der Reichweite elektrisch angetriebener Fahrzeuge.
Dabei stellen Aufschlämmungen von Feststoffmischungen (Slurry) wegen des hohen Feststoffgehalts, der hohen Viskosität, des hohen Drucks und hoher Durchflussraten erhebliche Anforderungen an das Filtermaterial. Ein bekanntes Problem ist beispielsweise die Kanalbildung. Dabei entsteht eine Art Bypass in der Porenstruktur des Filters. Eine weitere Herausforderung ist die Verdichtung. Das Filtermaterial wird komprimiert, was dazu führt, dass kleinere Partikel das Filter nicht mehr passieren können. Ein drittes Problem bei der Filtration von Slurry ist das sogenannte „Rush-Phänomen“. Die große Anzahl an Partikeln führt zu einer Art „Stau“ und damit zu einer Blockierung des Filters.

Spezieller 3-D-Aufbau

Die spezielle Konstruktion der 3-D-Fasermatrix der AS-Tiefenfilterkerze wirkt diesen Problemen entgegen. Sie verhindert beispielsweise das Verformen der Medienschichten und damit das Problem der Verdichtung. Die Verwendung von Bikomponentenfasern eliminiert die Kanalbildung und die Verwendung von 3-D-Matrixvliesstoffen das Blockieren aufgrund des „Rush-Phänomens“. Die Verwendung eines Stütznetzes verhindert zudem, dass die Kartuschenkonstruktion gequetscht wird.

Gehäuse in I-Bauweise, wie das Wolftechnik WTHKE-Kerzenfiltergehäuse mit hängenden Kerzen und Stutzenstellung seitlich unten sorgen für gleichmäßigere Durchflussraten und vermeiden das Absetzen der Slurry-Masse im Filtergehäuse. Bild: Wolftechnik / Walter Rouxr
Gehäuse in I-Bauweise, wie das Wolftechnik WTHKE-Kerzenfiltergehäuse mit hängenden Kerzen und Stutzenstellung seitlich unten sorgen für gleichmäßigere Durchflussraten und vermeiden das Absetzen der Slurry-Masse im Filtergehäuse.Bild: Wolftechnik / Walter Rouxr

Die Klassifizierung der Slurry-Suspension durch Filtration mit dieser Tiefenfilterkerze, die speziell für die Slurry-Filtration entwickelt wurde, stellt eine definierte, homogene Partikelverteilung sicher. Ihr innovativer 3-D-Tiefenfilteraufbau besteht aus gerollten Filterlagen, die aus PE/PP-Bikomponentenfasern gefertigt und mit Drainagegewebe voneinander getrennt sind. Die somit gewonnene, sehr voluminöse 3-D-Tiefenfilterstruktur ermöglicht eine extra hohe Schmutzaufnahmekapazität, bis zu 5-fach höher gegenüber herkömmlich aufgebauten Tiefenfilterkerzen zur Klassifikation. Adapter und Endkappe sind aus Polypropylen. AS-Tiefenfilterkerzen stehen in Filterfeinheiten von nominal 25, 50, 75 und 100 μm zur Verfügung. Niedrige Druckverluste sorgen im Normalbetrieb der Filterkerze für hohe Durchflussraten. Die Filterlagen aus PE/PP-Bikomponentenfasern gewährleisten aber auch bei hohen Differenzdrücken eine hohe Durchsatzleistung ohne Verlust der Partikelrückhalterate.

Die AS-Tiefenfilterkerze ist eine hochvoluminöse Klassifikationskerze mit von außen nach innen gleichbleibender Porenstruktur. Sie sichert reproduzierbare Filtrationseigenschaften bei hochwertigen Anwendungen. Mit ihrer speziell ausgerichteten dreidimensionalen Fasermatrix verfügt die Tiefenfilterkerze über eine bis zu 5-fach höhere Schmutzaufnahmekapazität gegenüber herkömmlich aufgebauten Tiefenfilterkerzen zur Klassifikation. Neben der Klassifikation von Slurry als Grundmaterial zur Herstellung von LiB-Elektroden eignen sie sich zudem besonders gut zur Klassifikation anderer Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil wie beispielsweise Slurry bei der Herstellung von technischer Keramik für die Elektronikindustrie zur Produktion von Lichtelementen. Im Bereich Umwelttechnik für Brennstoffzellen, in der Messtechnik für Piezokeramik, dem Fahrzeugbau zur Fertigung von Lagerteilen und in der Medizintechnik für Gelenke und Prothesen. Weitere Anwendungen sind die Produktion von Silizium-Wafern für Solarzellen und Computerchips, die Herstellung von Polierpasten für die optische Industrie, die Herstellung von Lacken, Farben, Tinten, Säuren, Laugen und von Feinchemikalien, Lösemittel, Kosmetika und Reinst­wasser.

Auf die Bauweise kommt es an

Das Filterkerzen-Modell unterscheidet sich deutlich von anderen Tiefenfilterkerzen. Tiefenfilter sind so aufgebaut, dass sie den Schmutz nicht nur an der Oberfläche, sondern auch in ihrer inneren, porösen Struktur aufnehmen. Dabei sind bei normalen Tiefenfiltern die außenliegenden Filterlagen gröber, zur Abtrennung der gröberen Partikel und die inneren feiner, zur Abtrennung der feineren Partikel. Deshalb setzt man normale Tiefenfilter insbesondere dort ein, wo ein breites Spektrum an Verunreinigungen in Bezug auf die Partikelgröße vorhanden ist und die Partikel entsprechend ihrer Größe in den unterschiedlichen Lagen der Filterstruktur aufgefangen werden können. Normale Tiefenfilterkerzen werden deshalb üblicherweise zur Klarifikation eingesetzt, wobei sie Oberflächenfiltern, wie Faltelementen, Sieben und Geweben deutlich überlegen sind, die eher zur Klassifikation eingesetzt werden.

Die WTHKE-Gehäuse mit hängenden Kerzen eignen sich am besten zur Filtration von Slurry. Durch die Stutzenstellung erfolgt der Durchfluss vertikal von unten nach oben. Bild: Martin Wolf Wagner
Die WTHKE-Gehäuse mit hängenden Kerzen eignen sich am besten zur Filtration von Slurry. Durch die Stutzenstellung erfolgt der Durchfluss vertikal von unten nach oben. Bild: Martin Wolf Wagner

Im Gegensatz zu den normalen Tiefenfilterkerzen weisen AS-Tiefenfilterkerzen eine von außen nach innen gleichbleibend feine, homogene Filterstruktur auf. Damit eignen sie sich sehr gut zur Klassifikation. Durch ihren inneren Aufbau, die verwendeten Materialien und die Ausrichtung ihrer Fasermatrix nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler Richtung – dadurch entsteht die dreidimensionale Porenstruktur – sind sie dabei besonders zur Klassifikation von Flüssigkeiten mit hohem Feststoffanteil (Slurry) geeignet.

Die Tiefenfilterkerzen werden mit den gängigen Adapterbauformen DOE, Code 3, Code 7 und Code 8 angeboten. Dadurch lassen sie sich in alle Filtergehäuse des Herstellers und in einer Vielzahl von Filtergehäusen anderer Anbieter einbauen. Aufgrund der Gehäusekonfiguration sind jedoch Unterschiede in der Filtrationsqualität möglich. So eignen sich für die Filtration von Slurry-Suspensionen wegen des hohen Feststoffgehalts In-Line-Filtergehäuse in I-Bauweise besser als Filtergehäuse in T-Bauweise. Gehäuse in I-Bauweise, wie das Wolftechnik WTHKE-Kerzenfiltergehäuse mit hängenden Kerzen und Stutzenstellung SU (seitlich unten), in denen der Durchfluss vertikal von unten nach oben erfolgt, sorgen für gleichmäßigere Durchflussraten und verhindern oder vielmehr vermeiden das Absetzen der Slurry-Masse im Filtergehäuse. Damit gewährleisten sie eine stabilere Qualität der Klassifizierung durch das Filter.

 

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