Под увеличительным стеклом: без новых аккумуляторных технологий не будет энергетического перехода!

Батарейка или аккумулятор сегодня являются неотъемлемой частью нашей жизни. Мы находим их в электромобилях и накопителях энергии, смартфонах и планшетах или кардиостимуляторах. Это делает аккумуляторную технологию одной из ключевых технологий энергетического перехода. Это помогает нам хранить регенеративные энергии и обходиться без ископаемого сырья.

Кроме того, значительно увеличатся производственные мощности. К 2030 году около четверти прогнозируемой мировой электроэнергии будет производиться только в Европе. Таким образом, рынок аккумуляторов в Европе и Германии имеет большой экономический потенциал.

Но какие технические проблемы необходимо решить и какой вклад вносит земля Северный Рейн-Вестфалия?

Первая батарея Вольта, Voltaic Pile
Фото: ССхорн под лицензией CC BY-NC 2.0.

Технические проблемы

Как на самом деле выглядит идеальная батарея? Он прочный, устойчивый, безопасный, быстро заряжается и стоит недорого. И, конечно, этой батареи еще не существует. Однако для прыжка в эпоху электромобильности и устойчивого использования энергии нам нужны новые аккумуляторные технологии. Они должны как можно меньше обходиться без критически важного сырья и использовать возобновляемые источники энергии.

Вот некоторые области исследований аккумуляторов:

  • Химия аккумуляторов: Химия аккумуляторов лежит в основе исследований аккумуляторов, поскольку она направлена ​​на разработку новых материалов и процессов для улучшения емкости накопления энергии и удельной мощности аккумуляторов. В настоящее время исследования сосредоточены на химических системах, таких как литий-ионные, литий-серные, натрий-ионные, твердотельные батареи и другие. Твердотельная батарея, например, предлагает много энергии в небольшом пространстве при небольшом весе. Это особенно интересно для электромобилей. 
  • Безопасность и экологичность. Батареи могут содержать потенциально опасные химические вещества, и их часто трудно перерабатывать. Поэтому исследования аккумуляторов также направлены на разработку безопасных и устойчивых аккумуляторов, безвредных как для пользователя, так и для окружающей среды.
  • Энергосбережение в производстве: некоторые этапы производства аккумуляторов особенно энергозатратны. Это имеет особое значение, поскольку обычно речь идет о производстве в гигаваттном диапазоне. Отдельные технологические этапы производства аккумуляторов потребляют много ресурсов. Особенно энергоемкими рабочими этапами являются, например, формирование (электрохимическая пуско-наладка аккумуляторного элемента) и последующее созревание аккумуляторных элементов.
  • Автоматизация и масштабируемость: производство аккумуляторов часто требует высокого уровня автоматизации для повышения эффективности и качества производства и снижения трудозатрат. Масштабируемость производства является еще одной проблемой, поскольку потребность в батареях резко возрастет из-за растущего спроса.

В целом, исследования в области аккумуляторов сосредоточены на повышении производительности, срока службы, безопасности и экологичности аккумуляторов, чтобы обеспечить их более широкое использование в различных приложениях.

Был ист был?

Batterie: Общий термин для хранения энергии, также как обозначение одного не перезаряжаемый Используются накопители энергии (калькуляторы, слуховые аппараты или детекторы дыма).

Аккумулятор(мулятор): батареи, которые перезаряжаемый (мобильные телефоны, ноутбуки, электромобили или кардиостимуляторы)

Энергия: Энергия — это физическая величина, описывающая способность или потенциал системы выполнять работу или излучать тепло. Фактическое производство энергии невозможно, потому что закон сохранения энергии гласит, что Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена может, но только может трансформироваться в другие формы.
(Пример: при сжигании угля химическая энергия, хранящаяся в молекулах углерода, преобразуется в тепловую энергию, которая затем преобразуется в пар для питания турбин, приводящих в действие генератор, вырабатывающий электричество.)

хранилище энергии: Системы, которые поглощают энергию с целью накопления электрической, химической, электрохимической, механической или тепловой энергии и снова делают ее доступной для использования с задержкой.

Изобретатель батареи: Алессандро Вольта. Около 1800 г. он получает электричество от дисков из меди и цинка, покрытых соляным раствором; так называемый гальванический столб считается предшественником сегодняшних батарей.

Слово батарея: Сам термин изначально пришел из военной области и описывал серию боеспособных пушек и их боевой расчет. Следовательно, батарея состоит из нескольких объектов, расположенных рядом друг с другом (первоначально просто пушек), которые вместе достигают более высокой эффективности.

Рынок аккумуляторов в Северном Рейне-Вестфалии и Германии должен стать более самодостаточным

Дальнейшее развитие различных аккумуляторов и систем хранения энергии также обусловлено стремлением к более независимому источнику питания, особенно в связи с тем, что спрос на высокопроизводительные аккумуляторы и системы накопления энергии резко возрастет.
До сих пор многие аккумуляторные технологии пришли с Дальнего Востока. Глобальные кризисы, такие как пандемия коронавируса, ясно показали, что европейская и немецкая экономики должны стать более независимыми в ключевых технологиях. На повестке дня: технологический суверенитет. Германия и Европа должны быть в состоянии понимать, производить и развивать ключевые технологии. Поэтому Федеральное министерство образования и исследований переформулировало приоритеты в этой ключевой технологии. Зонтичная концепция исследования аккумуляторов стремится обеспечить тесное сотрудничество между исследованиями и промышленностью, инвестиции в новые технологии и процессы, а также постоянное совершенствование методов производства.

Будущее батареи исходит от Мюнстера

В принципе, почти все этапы производства аккумуляторных материалов и элементов могут быть организованы немецкими компаниями в Германии. Однако, в отличие от азиатского рынка, в Германии нет компаний, которые (могут) выступать в качестве генеральных подрядчиков по строительству целых производственных линий и заводов с их заводскими технологиями. Кроме того, в настоящее время все еще не хватает ноу-хау и практического опыта непрерывного производства аккумуляторных элементов.
Таким образом, зонтичная концепция исследования аккумуляторов также включает в себя создание Исследовательский центр Фраунгофера по производству аккумуляторных батарей FFB в Мюнстере. Он обеспечивает инфраструктуру, с помощью которой малые и средние компании, а также крупные компании и исследовательские институты могут тестировать, внедрять и оптимизировать серийное производство новых батарей.

Покрытие медной фольги активным материалом (типпер) (анод и катод батареи) в рабочем пространстве Fraunhofer FFB / Фото: © Studio Wiegel

Премьер-министр Северного Рейна-Вестфалии Хендрик Вюст недавно передал здание так называемого «FFB PreFab» Обществу содействия прикладным исследованиям Фраунгофера e. V.. Сейчас начинается установка пользовательских систем на исследовательской площади около 6.450 квадратных метров и постепенно начинаются исследовательские операции. В "FFB PreFab" в экспериментальном масштабе установлена ​​линия для полного производства аккумуляторных элементов, что представляет собой важный промежуточный этап на пути к промышленному масштабу.

Требуются специалисты!

Очевидно, что европейская и немецкая индустрия аккумуляторных элементов в настоящее время находится в критической фазе наращивания мощности. доктор Томас Паульсен из Fraunhofer FFB даже предсказывает, что «Европа, и особенно Германия, станет горячей точкой аккумуляторов в ближайшие несколько лет».

И конечно, как же иначе, мы также сталкиваемся с проблемой квалифицированных рабочих в этой отрасли.
Филип Зуттмайер из Fraunhofer FFB предполагает, что к 2025 году в Европе потребуется около 800.000 100.000 рабочих мест, связанных с батареями. По всей цепочке создания стоимости аккумуляторов около 200.000 XNUMX–XNUMX XNUMX профилей должностей требуют глубоких знаний об аккумуляторах. Большинство рабочих мест требуют переподготовки существующей рабочей силы в отрасли. Но также существует потребность в дальнейшем обучении управленческих кадров и ключевых специалистов по батареям, особенно в отношении цифровых навыков, понимания системной цепочки создания стоимости, экономики замкнутого цикла и управления крупномасштабными проектами и инфраструктурой.

Люди, которые работают в области исследований и производства аккумуляторов, в основном представляют следующие технические области: машиностроение, технология производства, технология производства, химия, физика, электротехника и информационные технологии.

Исходя из текущей динамики, на европейском рынке труда в период с 2025 по 2030 год потребуется от 40.000 70.000 до 2021 20.000 специалистов по аккумуляторным батареям. Всего в 30.000 году на европейском рынке было доступно около XNUMX XNUMX–XNUMX XNUMX экспертов по аккумуляторным батареям. Вот почему существует большая потребность в будущих экспертах по батареям с быстрорастущей тенденцией.

Таким образом, FFB Фраунгофера встраивается в Европейская лаборатория изучения аккумуляторных батарей (ELLB) на. ELLB предназначен для того, чтобы стать учебной платформой для обучения и предложений по дальнейшему обучению во всем мире аккумуляторных элементов и производства аккумуляторных элементов. Тем временем в Мюнстере уже проводятся вебинары, а также семинары и мастер-классы для передачи знаний. ELLB выступает в качестве межведомственной платформы, которая включает в себя опыт всего Fraunhofer-Gesellschaft, а также колледжей и университетов в области передачи знаний.

Исследователи Fraunhofer FFB смешивают материал покрытия для батареи / Фото: © Studio Wiegel

Ausblick

Пресловутого мастера на все руки в области хранения и распределения энергии, вероятно, не будет. Но нет альтернативы инвестированию в новые аккумуляторные технологии и соответствующих специалистов. В целом, отказ от разработки новых аккумуляторных технологий продлит нашу зависимость от ископаемого топлива и ограничит использование возобновляемых источников энергии, электромобилей и портативных устройств.

Однако, если принять во внимание, как быстро идет технический прогресс и что изобретение батареи произошло всего 200 лет назад, мы также можем позитивно смотреть в будущее с точки зрения энергоснабжения. Алессандро Вольта, безусловно, был бы «наэлектризован» нынешним состоянием искусства.

Вам также могут быть интересны эти публикации

Две девушки принимают участие в соревновании роботов zdi.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением, конкурс роботов

конкурс роботов zdi в категории «Открытый робот»

Учащиеся Херибургской гимназии с гордостью демонстрируют награды Лиги науки ЗДИ и свои теплицы.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением, Научная лига

zdi Научная лига наградила команды

На фотографии изображены окружной администратор Али Доган, министр Ина Брандес и глава округа Анна Катарина Беллинг. Министр держит в руках удостоверение о назначении зди студенческой лаборатории. Все трое стоят перед светлой стеной с надписью zdi — будущее через инновации Северный Рейн-Вестфалия.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением

zdi-MINTlab: откройте для себя устойчивую экономику замкнутого цикла в новой школьной лаборатории