Tecnologia di prova per le energie rinnovabili
L'approvvigionamento energetico è una delle sfide più grandi e importanti dei nostri tempi: il settore energetico produce circa due terzi delle emissioni globali di CO2. Lo sviluppo di una produzione energetica rispettosa del clima da fonti rinnovabili è fondamentale per contrastare il cambiamento climatico. Oltre all'energia solare, eolica e idroelettrica, la tecnologia dell'idrogeno sta diventando sempre più importante nel mercato energetico globale, per raggiungere la neutralità del carbonio e, in ultima analisi, per contribuire alla protezione del clima. Sia i materiali che le infrastrutture, lungo l'intera catena di valore dell'industria dell'idrogeno, presentano nuove e diverse sfide per le prove sui materiali.
Tecnologia dell’idrogeno Energia solare Tecnologia delle batterie
Soluzioni di prova per la tecnologia dell’idrogeno
L'idrogeno viene utilizzato da tempo come materia prima o combustibile nell'industria chimica, in quanto considerato un vettore energetico ideale e flessibile per il futuro. È un componente elementare della transizione energetica tanto desiderata, adatto quindi a un ampio utilizzo nei settori dell'industria, del traffico, dell'energia e del calore. L'idrogeno verde prodotto da energie rinnovabili contribuisce alla riduzione dei gas serra e quindi alla protezione del clima.
Essendo l'elemento più comune, l'idrogeno è disponibile in quantità quasi illimitate, è direttamente utilizzabile e può essere immagazzinato e trasportato in forma gassosa o liquida. La sua altissima densità energetica e la facilità di utilizzo in forma legata lo rendono un vettore energetico interessante, tuttavia la sua gestione è molto impegnativa e non del tutto priva di problemi.
Grazie alla sua bassa densità e alla piccola sezione trasversale molecolare, l'idrogeno si diffonde facilmente e rapidamente attraverso i materiali solidi. Nel caso dei materiali metallici, ciò porta all'infragilimento da idrogeno e, di conseguenza, a una significativa riduzione della resistenza del materiale. Le prove meccaniche sui materiali sono una componente importante nella caratterizzazione e nello sviluppo di nuovi materiali che devono funzionare in modo sicuro e affidabile sotto l'influenza dell'idrogeno per un lungo periodo di tempo. I componenti importanti e critici per la sicurezza sono utilizzati nelle seguenti aree:
- Produzione di idrogeno (es. Elettrolizzatori)
- Trasporto dell'idrogeno (per esempio tubi, valvole)
- Stoccaggio dell'idrogeno (per esempio gas liquefatto, recipienti a pressione)
- Conversione dell'energia (per esempio, celle a combustibile).
Le prove materiali meccaniche richiedono una tecnologia precisa e specificamente adattata, che consenta di determinare in modo affidabile i valori caratteristici dei materiali sotto l'influenza diretta dell'idrogeno, a pressioni molto elevate, a temperature molto basse e per periodi di tempo molto lunghi.
I seguenti esempi di applicazione mostrano le soluzioni di prova ZwickRoell che soddisfano perfettamente gli elevati requisiti dell'industria dell'idrogeno e rappresentano un importante contributo all'ulteriore sviluppo di materiali e componenti.
Soluzioni di test meccanici sui materiali per i componenti di celle di batterie agli ioni di litio, moduli di batterie e pacchi di batterie
Una batteria agli ioni di litio è costituita da vari componenti e materiali che, a causa delle loro diverse funzioni, sono sottoposti a diversi carichi. Nel campo della produzione, i materiali sono quindi sottoposti a sollecitazioni elettrochimiche, termiche e meccaniche durante le varie fasi di produzione, al fine di soddisfare tali carichi. ZwickRoell offre soluzioni di prova per celle batteria agli ioni di litio, moduli di batterie e pacchi di batterie.
- Vengono utilizzati diversi materiali: Materiale elettrodico in alluminio e rame, separatori polimerici (PE o PP), rivestimenti elettrodici in grafite o titanato, rivestimenti in ossido metallico di litio, alloggiamenti in alluminio (alloggiamenti solidi o fogli laminati), ecc.
- I materiali vengono testati per determinare resistenza a trazione, resistenza a deformazione (buckling), resistenza alla cricca, resistenza al taglio, resistenza delle saldature, forza di adesione, resistenza alla punzonatura, elasticità, sollecitazioni dovute alla temperatura e resistenza alla compressione. Inoltre, alcuni componenti devono superare prove funzionali, come la resistenza allo strappo dei terminali di connessione, la resistenza alla pressione o alla perforazione delle valvole di sicurezza per le celle prismatiche, o la verifica della resistenza delle saldature o dei collettori di corrente.
- È importante analizzare la cella agli ioni di litio in termini di ciclo di prestazioni. L'acquisizione della deformazione meccanica della cella causata dal rigonfiamento durante il processo di carica svolge un ruolo importante nella progettazione dell'ambiente della cella della batteria. Ulteriori sfide: Resistenza alla temperatura in un ampio intervallo di temperature (da -40 °C a +120 °C), resistenza alle vibrazioni, carichi ciclici e processi di invecchiamento dovuti a influenze elettrochimiche.