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再生可能エネルギーの試験技術

現在、エネルギー供給は最大かつ最も重要な課題の 1 つです。エネルギー部門は、世界の CO2 排出量の約 3 分の2を生み出しています。気候変動に対抗するには、再生可能なエネルギー源からの気候に優しいエネルギー生成の拡大が不可欠です。太陽エネルギー、風力発電、水力発電に加えて、カーボンニュートラルを達成し、最終的に気候保護に貢献するために、水素技術は世界のエネルギー部門でますます重要になっています。水素産業のバリュー チェーン全体にわたって、材料とインフラストラクチャの両方が、材料試験に新たな多様な課題を提示しています。

水素技術 太陽エネルギー バッテリーテクノロジー

水素技術の試験ソリューション

水素は、将来の理想的で柔軟なエネルギー担体と見なされているため、化学産業で原材料または燃料としてしばらく使用されてきました。これは、追求されるエネルギー ターンアラウンドの基本コンポーネントであるため、産業、交通、電力、および熱部門での幅広い使用に適しています。再生可能エネルギー源から生成されるグリーン水素は、温室効果ガスを削減し、気候保護に貢献します。

最も一般的な元素である水素は、ほぼ無制限の量で入手でき、直接使用でき、気体または液体の形で貯蔵および輸送できます。エネルギー密度が非常に高く、バインドされた形での使いやすさにより、魅力的なエネルギーキャリアになりますが、問題がないわけではなく、取り扱いに関してはかなり厳しいものです。

密度が低く分子断面積が小さいため、水素は固体材料内を容易かつ迅速に拡散します。金属材料の場合、これは水素脆化につながり、材料の強度が大幅に低下します。機械材料試験は、長期間水素の影響下で安全かつ確実に機能しなければならない新材料の特性評価と開発における重要な要素です。重要で安全上重要なコンポーネントは、次の分野で使用されています:

  • 水素製造(例、電解槽)
  • 水素輸送(例、パイプ、バルブ)
  • 水素貯蔵(例、液化ガス、圧力容器)
  • エネルギー変換(例、燃料電池)

機械材料試験には、水素の直接的な影響下、非常に高い圧力、非常に低い温度、および非常に長期間にわたる材料特性値の信頼できる決定を可能にする、正確で特別に適合された試験技術が必要です。
次のアプリケーション例は、水素産業の高い要求を包括的に満たし、材料とコンポーネントのさらなる開発に重要な貢献をするツビックローエルの試験ソリューションを示しています。

極低温での試験
極低温材料試験は、120 K (-153 ℃) 未満の低温で実施されます。 これらの低温は、温度チャンバー、浸漬クライオスタット、または連続フロークライオスタットを使用して達成されます。
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金属への水素の影響 / 水素脆化
ガス状水素の貯蔵と輸送に関する要件と課題
水素オートクレーブ(水素圧力タンク)または中空試験片技術による圧縮水素環境での水素脆化および試験溶液の測定のための標準化された方法
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水素燃料電池の試験
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太陽光発電セルの試験

太陽光発電
IEC、 EN 61215 の厚膜および IEC、 EN 61646 の薄膜モジュールに準拠した試験ソリューション
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リチウムイオン電池セル、電池モジュール、電池パック試験ソリューション

リチウムイオン電池セルは、さまざまなコンポーネントと材料で構成されており、それらのさまざまな機能により、さまざまな負荷アプリケーションにさらされます。 したがって、生産分野では、材料は、さまざまな製造工程を通じて電気化学的、熱的、および機械的ストレスにさらされ、そのような負荷に対応する必要があります。 ツビックローエルは、あらゆるリチウムイオン電池セル、電池モジュール、および電池パックの要件に対応する試験ソリューションを提供しています。

  • さまざまな材料が使用されています: アルミニウムおよび銅フィルム製の電極材料、ポリマーセパレーター (PE または PP)、グラファイトまたはチタン酸塩電極コーティング、リチウム金属酸化物コーティング、アルミニウムベースのハウジング (ソリッドハウジングまたはラミネートホイル) など。
  • 材料は、引張応力、座屈抵抗、亀裂強度、せん断強度、シールシーム強度、接着強度、耐パンク性、弾性、温度応力、または圧縮強度に関してテストされます。 さらに、一部のコンポーネントは、端子のせん断力や角型電池の安全弁の耐パンク性、または集電体の溶接継ぎ目の強度の簡単な検証などの機能テストに合格する必要があります。
  • リチウムイオン電池をその性能サイクルの観点から理解することが重要です。 充電プロセス中の膨張によって引き起こされる機械的なセル変形の取得は、バッテリーセル環境の設計において重要な役割を果たします。 追加の課題: 広い温度範囲 (-40 °C から +120 °C まで) での耐熱性、耐振動性、周期的な負荷、および電気化学的影響による老化プロセス。
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