Preskušanje tehnologije za obnovljivo energijo
Oskrba z energijo je trenutno eden največjih in najpomembnejših izzivov: energetski sektor proizvede približno dve tretjini svetovnih emisij CO2. Razširitev podnebju prijazne proizvodnje energije iz obnovljivih virov je ključnega pomena za boj proti podnebnim spremembam. Poleg sončne, vetrne in vodne energije postaja vodikova tehnologija vse bolj pomembna v svetovnem energetskem sektorju v prizadevanju za doseganje ogljične nevtralnosti in na koncu prispeva k varstvu podnebja. Tako material kot infrastruktura v celotni vrednostni verigi vodikove industrije predstavljata nove in raznolike izzive za preskušanje materialov.
Preskusne rešitve za vodikovo tehnologijo
Vodik se že nekaj časa uporablja kot surovina oziroma gorivo v kemični industriji, saj velja za idealnega in prilagodljivega nosilca energije za prihodnost. Je elementarni sestavni del zasledovanega energetskega preobrata, zato je primeren za široko uporabo v industriji, prometu, energetiki in toploti. Zeleni vodik, proizveden iz obnovljivih virov energije, zmanjšuje toplogredne pline in prispeva k varovanju podnebja.
Vodik je kot najpogostejši element dostopen v skoraj neomejenih količinah, je neposredno uporaben in ga je mogoče skladiščiti in transportirati v plinastem ali tekočem stanju. Zaradi zelo visoke energijske gostote in uporabnosti v vezani obliki je privlačen nosilec energije, vendar ni brez težav in je dokaj zahteven za rokovanje.
Zaradi nizke gostote in majhnega molekularnega preseka vodik zlahka in hitro difundira skozi trdne materiale. V primeru kovinskih materialov to povzroči vodikovo krhkost in posledično znatno zmanjšanje trdnosti materiala. Preskušanje mehanskih materialov je pomembna komponenta pri karakterizaciji in razvoju novih materialov, ki morajo dolgo časa delovati varno in zanesljivo pod vplivom vodika. Pomembne in varnostno kritične komponente se uporabljajo na naslednjih področjih:
- Proizvodnja vodika (npr. elektrolizerji)
- Prenos vodika (npr. cevi, ventili)
- Skladiščenje vodika (npr. utekočinjen plin, tlačne posode)
- Pretvorba energije (npr. gorivne celice)
Mehansko preskušanje materialov zahteva natančno in specifično prilagojeno tehnologijo preskušanja, ki omogoča zanesljivo določanje karakteristik materiala pod neposrednim vplivom vodika, zelo visokim pritiskom, zelo nizkimi temperaturami in v zelo dolgih časovnih obdobjih.
Naslednji primeri uporabe prikazujejo rešitve preskušanja ZwickRoell, ki celovito izpolnjujejo visoke zahteve industrije vodika in zagotavljajo pomemben prispevek k nadaljnjemu razvoju materialov in komponent.
Preskusne rešitve za litij-ionske baterijske celice, baterijske module in baterijske pakete
Litij-ionska baterijska celica je sestavljena iz različnih komponent in materialov, ki so zaradi svojih različnih funkcij izpostavljeni različnim obremenitvam. Na področju proizvodnje so materiali zato izpostavljeni elektrokemični, toplotni in mehanski obremenitvam skozi različne korake izdelave, da bi zadostili takšnim obremenitvam. ZwickRoell ponuja rešitve za preskušanje za vsako litij-ionsko baterijsko celico, baterijski modul in baterijski sklop.
- Uporabljajo se različni materiali: Material za elektrode iz aluminijaste in bakrene folije, polimerni separatorji (PE ali PP), prevleke za elektrode iz grafita ali titana, prevleke iz litijevega kovinskega oksida, ohišja na osnovi aluminija (trdna ohišja ali laminirane folije) itd.
- Materiali so preskušeni glede na natezno obremenitev, odpornost proti upogibu, trdnost razpok, strižno trdnost, trdnost tesnjenega šiva, trdnost spoja, odpornost proti prebadanju, elastičnost, temperaturno obremenitev ali tlačno trdnost. Poleg tega morajo nekatere komponente opraviti tudi funkcionalne preskuse, kot so strižne sile na sponkah ali odpornost proti predrtju varnostnih ventilov za prizmatične celice ali preprosto preverjanje trdnosti zvarjenih šivov tokovnih kolektorjev.
- Pomembno je razumeti litij-ionsko celico v smislu njenega cikla delovanja. Pridobitev mehanske deformacije celice, ki jo povzroči nabrekanje med postopkom polnjenja, igra pomembno vlogo pri oblikovanju okolja celice baterije. Dodatni izzivi: Temperaturna odpornost v širokem temperaturnem območju (-40 °C do +120 °C), odpornost na vibracije, ciklične obremenitve in procese staranja zaradi elektrokemijskih vplivov.