Büyüteç altında: Yeni pil teknolojileri olmadan enerji geçişi olmaz!

Pil veya akümülatör, bugün hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Bunları elektrikli arabalarda ve enerji depolama cihazlarında, akıllı telefonlarda ve tabletlerde veya kalp pillerinde buluyoruz. Bu, pil teknolojisini enerji geçişinin kilit teknolojilerinden biri yapar. Yenileyici enerjileri depolamamıza ve fosil ham maddeler olmadan yapmamıza yardımcı olur.

Ayrıca üretim kapasiteleri de önemli ölçüde artacaktır. 2030 yılına kadar, küresel elektrik enerjisi tahmininin yaklaşık dörtte biri yalnızca Avrupa'da üretilecek. Bu nedenle Avrupa ve Almanya'daki pil pazarı büyük bir ekonomik potansiyele sahiptir.

Ancak hangi teknik zorlukların üstesinden gelinmesi gerekiyor ve Kuzey Ren-Vestfalya'nın katkısı ne?

Volta'nın ilk pili, Voltaik Pile
Fotoğraf: SShorn altında lisanslıdır CC BY-NC 2.0.

Teknik Zorluklar

İdeal bir pil aslında neye benziyor? Dayanıklıdır, sürdürülebilirdir, güvenlidir, hızlı bir şekilde şarj edilebilir ve maliyeti düşüktür. Ve tabii ki bu pil henüz yok. Bununla birlikte, elektromobilite ve sürdürülebilir enerji kullanımı çağına sıçramak için yeni pil teknolojilerine ihtiyacımız var. Kritik ham maddeler olmadan mümkün olduğunca az şey yapmalı ve yenilenebilir enerjiler kullanmalıdırlar.

Pil araştırmalarında odaklanılan bazı alanlar şunlardır:

  • Pil Kimyası: Pil kimyası, pillerin enerji depolama kapasitesini ve güç yoğunluğunu iyileştirmek için yeni materyallerin ve süreçlerin geliştirilmesine odaklandığından pil araştırmalarının merkezinde yer alır. Araştırma şu anda lityum-iyon, lityum-kükürt, sodyum-iyon, katı hal piller ve diğerleri gibi kimyasal sistemlere odaklanmıştır. Örneğin katı hal pil, küçük bir alanda çok az ağırlıkla çok fazla enerji sunar. Bu özellikle elektrikli araçlar için ilginç. 
  • Güvenlik ve Sürdürülebilirlik: Piller potansiyel olarak tehlikeli kimyasallar içerebilir ve genellikle geri dönüştürülmeleri zordur. Bu nedenle pil araştırmaları, hem kullanıcıya hem de çevreye zararsız, güvenli ve sürdürülebilir pillerin geliştirilmesine de odaklanmaktadır.
  • Üretimde enerji tasarrufu: Pil üretimindeki bazı üretim aşamaları özellikle enerji tüketir. Bu özellikle önemlidir, çünkü genellikle gigawatt aralığındaki üretimden bahsediyoruz. Pil üretimindeki bireysel işlem adımları çok fazla kaynak tüketir. Özellikle enerji yoğun çalışma adımları, örneğin pil hücrelerinin oluşturulması (akü hücresinin elektrokimyasal olarak devreye alınması) ve ardından pil hücrelerinin olgunlaşmasıdır.
  • Otomasyon ve Ölçeklenebilirlik: Pil üretimi, üretim verimliliğini ve kalitesini artırmak ve işçilik maliyetlerini azaltmak için genellikle yüksek düzeyde otomasyon gerektirir. Artan talep nedeniyle pil ihtiyacı keskin bir şekilde artacağından, üretim ölçeklenebilirliği başka bir zorluktur.

Genel olarak pil araştırması, çeşitli uygulamalarda daha geniş kullanım sağlamak için pil performansını, kullanım ömrünü, güvenliğini ve sürdürülebilirliğini geliştirmeye odaklanır.

ne nedir?

pil: Enerji depolama için genel terim, aynı zamanda biri için bir atama olarak yeniden şarj edilemez Enerji depolama cihazları (hesap makinesi, işitme cihazları veya duman dedektörleri) kullanılır.

akümülatör(emülatör): piller Şarj edilebilir (cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, elektrikli araçlar veya kalp pilleri)

enerji: Enerji, bir sistemin iş yapma veya ısı yayma yeteneğini veya potansiyelini tanımlayan fiziksel bir niceliktir. Gerçek enerji üretimi mümkün değildir çünkü enerjinin korunumu yasası şunu belirtir: Enerji ne yaratılabilir ne de yok edilebilir başka biçimlere dönüştürülebilir, ancak yalnızca dönüştürülebilir.
(Örnek: kömür yakıldığında, karbon moleküllerinde depolanan kimyasal enerji ısı enerjisine dönüştürülür ve bu daha sonra elektrik üreten bir jeneratörü çalıştıran güç türbinleri için buhara dönüştürülür.)

enerji depolama: Elektriksel, kimyasal, elektrokimyasal, mekanik veya ısıl depolama amacıyla enerjiyi emen ve gecikmeli kullanıma tekrar hazır hale getiren sistemler.

Pilin mucidi: Alessandro Volta. 1800 civarında, tuzlu suda katmanlı bakır ve çinko disklerinden elektrik elde etti; sözde volta sütunu, günümüz pillerinin atası olarak kabul edilir.

pil kelimesi: Terimin kendisi aslen askeri alandan gelir ve bir dizi savaşa hazır topu ve bunların çalışan mürettebatını tanımlar. Sonuç olarak, bir batarya yan yana yerleştirilmiş birkaç nesneden (başlangıçta sadece toplar) oluşur ve bunlar birlikte daha yüksek bir etki sağlar.

Kuzey Ren-Vestfalya ve Almanya'daki pil pazarı daha fazla kendi kendine yeterli hale gelmeli

Çeşitli pillerin ve enerji depolama sistemlerinin daha fazla geliştirilmesi, özellikle yüksek performanslı pillere ve enerji depolama sistemlerine olan talebin keskin bir şekilde artacağı düşünüldüğünde, daha bağımsız bir güç kaynağı arzusundan da kaynaklanmaktadır.
Şimdiye kadar birçok pil teknolojisi Uzak Doğu'dan geldi. Korona salgını gibi küresel krizler, Avrupa ve Almanya ekonomisinin kilit teknolojilerde daha bağımsız hale gelmesi gerektiğini açıkça ortaya koydu. Günün sırası: teknolojik egemenlik. Almanya ve Avrupa kilit teknolojileri anlayabilmeli, üretebilmeli ve daha da geliştirebilmelidir. Bu nedenle, Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı bu kilit teknolojideki öncelikleri yeniden formüle etmiştir. bu Pil araştırma şemsiyesi konsepti araştırma ve endüstri arasında yakın işbirliği, yeni teknolojilere ve süreçlere yatırım ve üretim uygulamalarında sürekli iyileştirme sağlamayı amaçlamaktadır.

Pilin geleceği Münster'den geliyor

Prensip olarak, pil malzemelerinin ve hücrelerinin üretimi için neredeyse tüm üretim adımları, Almanya'daki Alman şirketleri tarafından kurulabilir. Bununla birlikte, Asya pazarının aksine, Almanya'da kendi tesis teknolojisi ile tüm üretim hatlarının ve fabrikaların inşası için genel yüklenici olarak hareket edebilecek hiçbir şirket yoktur. Buna ek olarak, pil hücresi üretiminin sürekli işletimi konusunda halen bilgi birikimi ve pratik deneyim eksikliği bulunmaktadır.
Bu nedenle, pil araştırması için şemsiye kavram aynı zamanda Fraunhofer tesisi araştırma üretimi pil hücresi FFB Munster'da. Küçük ve orta ölçekli şirketlerin yanı sıra büyük şirketler ve araştırma kurumlarının yeni pillerin seri üretimini test edebilecekleri, uygulayabilecekleri ve optimize edebilecekleri bir altyapı sağlar.

Fraunhofer FFB çalışma alanında bakır folyonun aktif malzeme (damper) (akü anot ve katodu) ile kaplanması / Fotoğraf: © Studio Wiegel

NRW Başbakanı Hendrik Wüst kısa süre önce sözde "FFB PreFab" binasını Fraunhofer Uygulamalı Araştırmayı Teşvik Derneği'ne devretti e. V.. Bu, şu anda yaklaşık 6.450 metrekarelik bir araştırma alanına kullanıcı sistemlerini kurmaya başlıyor ve kademeli olarak araştırma faaliyetlerine başlıyor. "FFB PreFab"da, endüstriyel ölçeğe giden yolda önemli bir ara adımı temsil eden pilot ölçekte tam pil hücresi üretimi için bir numune hattı kurulur.

Uzmanlar aranıyor!

Avrupa ve Almanya pil hücresi endüstrisi şu anda açıkça çok önemli bir yükseliş aşamasında. doktor Fraunhofer FFB'den Thomas Paulsen, "Avrupa'nın, özellikle de Almanya'nın önümüzdeki birkaç yıl içinde bir pil sıcak noktası haline geleceğini" tahmin ediyor.

Ve tabii aksi nasıl olabilir ki bu sektörde de vasıflı eleman sorunuyla karşılaşıyoruz.
Fraunhofer FFB'den Phillip Suttmeyer, 2025 yılına kadar Avrupa'da pille ilgili yaklaşık 800.000 işe ihtiyaç duyulacağını varsayıyor. Tüm pil değer zinciri boyunca, yaklaşık 100.000 - 200.000 iş profili, derinlemesine pil bilgisi gerektirir. İşlerin çoğu, sektördeki mevcut iş gücünün yeniden eğitilmesini gerektirir. Ancak, özellikle dijital beceriler, sistemik değer zincirinin anlaşılması, döngüsel ekonomi ve büyük ölçekli projelerin ve altyapının yönetimi ile ilgili olarak yönetim ve kilit pil uzmanlarının daha fazla eğitimine ihtiyaç vardır.

Pil araştırma ve üretiminde çalışan kişiler çoğunlukla şu teknik alanlardan gelmektedir: makine mühendisliği, üretim mühendisliği, proses mühendisliği, kimya, fizik, elektrik mühendisliği ve bilgi teknolojisi.

Mevcut dinamiklere göre, 2025 ila 2030 yılları arasında Avrupa işgücü piyasasında 40.000 ila 70.000 pil uzmanına ihtiyaç duyulacaktır. Toplamda, 2021'de Avrupa pazarına yaklaşık 20.000 - 30.000 pil uzmanı sunuldu. Bu nedenle, hızla büyüyen bir trendle geleceğin pil uzmanlarına büyük bir ihtiyaç var.

Bu nedenle Fraunhofer FFB, Avrupa Pil Hücresi Öğrenme Laboratuvarı (ELLB) Açık. ELLB'nin, pil hücresi ve pil hücresi üretimi kozmosu etrafında eğitim ve ileri eğitim teklifleri için bir öğrenme platformu olması amaçlanmaktadır. Bu arada, bilgi aktarımı için web seminerleri, seminerler ve çalıştaylar Münster'de şimdiden sunuluyor. ELLB, tüm Fraunhofer-Gesellschaft'ın yanı sıra kolejler ve üniversitelerin bilgi aktarımında uzmanlığını içeren kurumlar arası bir platform olarak hareket eder.

Fraunhofer FFB'deki araştırmacılar pil için kaplama malzemesini karıştırıyor / Fotoğraf: © Studio Wiegel

Görünüm

Enerji depolama ve dağıtımında herkesin bildiği "her şeyi yapan" deyimi muhtemelen olmayacak. Ancak yeni pil teknolojilerine ve ilgili uzmanlara yatırım yapmanın alternatifi yoktur. Genel olarak, yeni pil teknolojilerinin geliştirilmemesi, fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı uzatacak ve yenilenebilir enerji, elektrikli araçlar ve taşınabilir cihazların kullanımını sınırlayacaktır.

Ancak teknik ilerlemenin ne kadar hızlı ilerlediğini ve pilin icadının sadece 200 yıl önce olduğunu hesaba katarsanız, enerji arzı açısından da geleceğe olumlu bakabiliriz. Alessandro Volta, teknolojinin mevcut durumu ile kesinlikle "elektriklenecek".

Bu yazılar da ilginizi çekebilir

Zdi robot yarışmasına iki kız katılıyor.

Allgemein, Sürdürülebilir enerji yönetimi, robot yarışması

Açık Robot kategorisinde zdi robot yarışması

Heriburg-Gymnasium öğrencileri zdi Bilim Ligi ödüllerini ve seralarını gururla gösteriyor.

Allgemein, Sürdürülebilir enerji yönetimi, Bilim Ligi

zdi Bilim Ligi takımları ödüllendirildi

Fotoğrafta Kaymakam Ali Doğan, Bakan Ina Brandes ve İlçe Başkanı Anna Katharina Bölling görülüyor. Bakanın elinde zdi öğrenci laboratuvarına atandığına dair bir sertifika bulunmaktadır. Üçü, zdi - Kuzey Ren-Vestfalya inovasyonuyla gelecek yazan hafif bir duvarın önünde duruyor.

Allgemein, Sürdürülebilir enerji yönetimi

zdi-MINTlab: Yeni okul laboratuvarında sürdürülebilir döngüsel ekonomiyi keşfedin