Testtechnologie voor hernieuwbare energie
Vandaag de dag is de energievoorziening een van de grootste en belangrijkste uitdagingen: de energiesector produceert ongeveer twee derden van de globale CO2-emissies. De opgang van klimaatvriendelijke energie-opwekking uit hernieuwbare bronnen is cruciaal voor de strijd tegen klimaatverandering. Naast zonne-energie, windenergie en waterkracht wordt waterstoftechnologie significanter in de globale energiesector, in het kader van de inspanning om koolstofneutraal te worden en het klimaat te beschermen. Zowel de materialen als de infrastructuur in de waardeketting van waterstof zorgen voor nieuwe en diverse uitdagingen op vlak van materiaaltests.
Testoplossingen voor waterstoftechnologie
Waterstof wordt in de chemische industrie al geruime tijd gebruikt als grondstof of brandstof. Het wordt beschouwd als een ideale en flexibele energiedrager voor de toekomst. Het vormt een elementair onderdeel van het streven naar een energie-omslag, waardoor het bruikbaar wordt voor industrie, verkeer, energie-opwekking en verwarming. Groene waterstof, geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen, reduceert broeikasgassen en draagt bij aan de bescherming van het klimaat.
Als het meest voorkomende element is waterstof in bijna oneindige hoeveelheden beschikbaar. Het is rechtstreeks bruikbaar en kan opgeslagen en getransporteerd worden als gas of als vloeistof. Het heeft een zeer hoge energiedensiteit en is bruikbaar in gebonden vorm, waardoor het een zeer aantrekkelijke energiedrager is. Het is echter behoorlijk moeilijk te manipuleren.
Door de lage densiteit en kleine moleculaire afmetingen, diffuseert waterstof makkelijk en snel doorheen vaste stoffen. Bij metalen leidt dit tot waterstofverbrossing en een aanzienlijke vermindering in sterkte van het materiaal. Mechanische materiaaltests vormen een belangrijk onderdeel in de karakterisatie en ontwikkeling van nieuwe materialen die veilig en betrouwbaar moeten functioneren onder invloed van waterstof gedurende lange perioden. Belangrijke en veiligheidskritische componenten worden gebruikt in de volgende sectoren:
- Productie van waterstof (bv. elektrolyse)
- Transport van waterstof (bv. buizen, kleppen)
- Opslag van waterstof (bv. vloeibaar gas, druktanks)
- Energieconversie (bv. brandstofcellen)
De mechanische materiaaltests vereisen uiterst nauwkeurige en speciaal aangepaste testtechnologie voor het betrouwbaar meten van materiaaleigenschappen onder directe invloed van waterstof, hoge drukken, zeer lage temperaturen en gedurende zeer lange perioden.
De volgende toepassingsvoorbeelden tonen testoplossingen die volledig voldoen aan de hoge eisen van de waterstofindustrie en zo een belangrijke bijdrage leveren aan de verdere ontwikkeling van materialen en onderdelen.
Testoplossingen voor lithium-ion batterijcellen, batterijmodules en batterijpakketten
Een lithium-ion batterijcel bestaat uit verschillende componenten en materialen, die door hun verschillende functies onderworpen worden aan verschillende belastingen. In de productie worden materialen blootgesteld aan elektrochemische, thermische en mechanische spanningen tijdens de verschillende processtappen om te kunnen weerstaan aan dergelijke belastingen. ZwickRoell levert testoplossingen voor elke lithium-ion batterijcel, batterijmodule en batterijcombinatie.
- Er worden verschillende materialen gebruikt: Elektrodemateriaal gemaakt uit aluminium of koperfilm, polymeer scheidingslagen (PE of PP), grafiet of titanaat elektrodecoatings, lithiummetaaloxidecoatings, aluminium behuizingen (massieve behuizing of gelamineerde folie), etc.
- De materialen worden getest op trekspanning, knikweerstand, scheursterkte, afschuifsterkte, naadsterkte, hechting, doorsteekweerstand, elasticiteit, thermische spanning of druksterkte. Daarnaast moeten sommige componenten functietests doorstaan zoals afschuifkrachten ter hoogte van de terminals, doorsteekweerstand van veiligheidsventielen voor prismatische cellen, of eenvoudige verificatie van de sterkte van lasnaden of stroomcollectoren.
- Het is belangrijk de werkingscyclus van een lithium-ion cel te begrijpen. Opstapeling van mechanische vervorming van de cel veroorzaakt door zwelling tijdens het laadproces speelt een belangrijke rol bij het ontwerp van de batterijcel en haar omgeving. Bijkomende uitdagingen: Temperatuurweerstand in een breed temperatuurbereik (-40 °C tot +120 °C), trillingsweerstand, cyclische belastingen en veroudering onder elektrochemische invloed.