Батарея або акумулятор сьогодні є невід'ємною частиною нашого життя. Ми знаходимо їх в електромобілях і накопичувачах енергії, смартфонах і планшетах або кардіостимуляторах. Це робить акумуляторну технологію однією з ключових технологій енергетичного переходу. Це допомагає нам зберігати регенеративну енергію та обходитися без викопної сировини.
Крім того, значно зростуть виробничі потужності. До 2030 року приблизно чверть прогнозованої світової електроенергії вироблятиметься лише в Європі. Тому ринок акумуляторів у Європі та Німеччині має великий економічний потенціал.
Але які технічні завдання потрібно подолати і який внесок робить Північний Рейн-Вестфалія?
Фото: SShorn ліцензується відповідно до CC BY-NC 2.0.
Технічні виклики
Як насправді виглядає ідеальний акумулятор? Він міцний, надійний, безпечний, швидко заряджається і коштує недорого. І, звичайно, цієї батареї ще не існує. Однак нам потрібні нові технології акумуляторів, щоб зробити стрибок у еру електромобільності та сталого використання енергії. Вони повинні якомога менше обходитися без критичної сировини та використовувати відновлювані джерела енергії.
Ось деякі напрямки дослідження акумуляторів:
- Хімія акумуляторів. Хімія акумуляторів є основою досліджень акумуляторів, оскільки вона зосереджується на розробці нових матеріалів і процесів для покращення ємності зберігання енергії та щільності потужності акумуляторів. Зараз дослідження зосереджені на таких хімічних системах, як літій-іонні, літій-сірчані, натрій-іонні, твердотільні батареї та інші. Наприклад, твердотільний акумулятор забезпечує багато енергії в невеликому просторі з невеликою вагою. Це особливо цікаво для електромобілів.
- Безпека та екологічність: батареї можуть містити потенційно небезпечні хімічні речовини, і їх часто важко переробити. Таким чином, дослідження акумуляторів також зосереджені на розробці безпечних і довговічних акумуляторів, нешкідливих як для користувача, так і для навколишнього середовища.
- Енергозбереження у виробництві: деякі виробничі етапи виробництва акумуляторів особливо енерговитратні. Це особливо важливо, оскільки ми зазвичай говоримо про виробництво в гігаватному діапазоні. Окремі стадії процесу виробництва акумуляторів споживають багато ресурсів. Особливо енергоємними етапами роботи є, наприклад, формування (електрохімічне введення в експлуатацію елемента батареї) і наступне дозрівання елементів батареї.
- Автоматизація та масштабованість. Виробництво акумуляторів часто потребує високого рівня автоматизації для підвищення ефективності та якості виробництва та зниження витрат на оплату праці. Масштабність виробництва є ще одним викликом, оскільки потреба в акумуляторах різко зросте через зростання попиту.
Загалом дослідження акумуляторів зосереджені на покращенні продуктивності акумулятора, терміну його служби, безпеки та екологічності, щоб забезпечити ширше використання в різних сферах застосування.
що що?
батарея: Загальний термін для зберігання енергії, також як позначення для одного не перезаряджається Використовуються накопичувачі енергії (калькулятор, слухові апарати або датчики диму).
Akku(мулятор): акумулятори що акумуляторна (мобільні телефони, ноутбуки, електромобілі або кардіостимулятори)
енергія: Енергія — це фізична величина, яка описує здатність або потенціал системи виконувати роботу або виділяти тепло. Фактичне генерування енергії неможливе, оскільки це стверджує закон збереження енергії Енергію неможливо ні створити, ні знищити можуть, але тільки можуть перетворюватися в інші форми.
(Приклад: під час спалювання вугілля хімічна енергія, що зберігається в молекулах вуглецю, перетворюється на теплову енергію, яка потім перетворюється на пару для живлення турбін, які приводять у дію генератор, що виробляє електроенергію.)
зберігання енергії: Системи, які поглинають енергію з метою електричного, хімічного, електрохімічного, механічного або теплового зберігання та знову роблять її доступною для відстроченого використання.
Винахідник акумулятора: Алессандро Вольта. Приблизно в 1800 році він виробляє електрику з дисків міді та цинку, шаруватих у розсолі; так званий вольтовий стовп вважається попередником сучасних батарей.
Слово акумулятор: Сам термін спочатку походить з військової сфери і описує серію готових до бою гармат і їх команди. Отже, батарея складається з кількох об’єктів, розташованих поруч (спочатку це були гармати), які разом досягають вищої потужності.
Ринок акумуляторів у Північному Рейні-Вестфалії та Німеччині має стати більш самодостатнім
Подальший розвиток різноманітних акумуляторів і систем накопичення енергії також зумовлений прагненням до більш незалежного джерела живлення - особливо тому, що попит на високопродуктивні батареї та системи накопичення енергії різко зросте.
Поки що багато батарейних технологій прийшли з Далекого Сходу. Глобальні кризи, такі як пандемія коронавируса, дали зрозуміти, що європейська та німецька економіки повинні стати більш незалежними в ключових технологіях. Порядок дня: технологічний суверенітет. Німеччина та Європа повинні бути в змозі зрозуміти, виробляти та далі розвивати ключові технології. Тому Федеральне міністерство освіти та досліджень переформулювало пріоритети в цій ключовій технології. The Парасолькова концепція дослідження акумулятора має на меті забезпечити тісну співпрацю між науковими дослідженнями та промисловістю, інвестиції в нові технології та процеси та постійне вдосконалення виробничих практик.
Майбутнє батареї походить від Мюнстера
В принципі, майже всі етапи виробництва акумуляторних матеріалів і елементів можуть бути налаштовані німецькими компаніями в Німеччині. Однак, на відміну від азіатського ринку, в Німеччині немає компаній, які (можуть) виступати в якості генеральних підрядників для будівництва цілих виробничих ліній і заводів з їхньою технікою. Крім того, наразі все ще бракує ноу-хау та практичного досвіду безперервного виробництва акумуляторних елементів.
Таким чином, головна концепція дослідження акумуляторів також включає заснування Дослідницьке виробництво об’єкта Фраунгофера батареї FFB в Мюнстері. Він забезпечує інфраструктуру, за допомогою якої малі та середні компанії, а також великі компанії та дослідницькі установи можуть тестувати, впроваджувати та оптимізувати серійне виробництво нових батарей.
Прем’єр-міністр Північного Рейн-Вестфалії Хендрік Вюст нещодавно передав будівлю так званого «FFB PreFab» Товариству Фраунгофера сприяння прикладним дослідженням. V.. Зараз ми починаємо установку користувальницьких систем на дослідницькій території площею близько 6.450 квадратних метрів і поступово розпочинаємо дослідницькі роботи. У «FFB PreFab» пробна лінія для повного виробництва акумуляторних елементів налаштована в пілотному масштабі, що є важливим проміжним кроком на шляху до промислового масштабу.
Потрібні спеціалісти!
Очевидно, що європейська та німецька індустрія елементів живлення зараз перебуває на вирішальній фазі нарощування. доктор Томас Паульсен з Fraunhofer FFB навіть прогнозує, що «Європа, але особливо Німеччина, стане гарячою точкою акумуляторів у найближчі кілька років».
І, звісно, як могло бути інакше, ми також стикаємося з проблемою кваліфікованих працівників у цій галузі.
Філліп Саттмайер з Fraunhofer FFB припускає, що до 2025 року в Європі буде потрібно близько 800.000 100.000 робочих місць, пов’язаних з акумуляторами. У всьому ланцюжку створення вартості акумуляторів близько 200.000 XNUMX–XNUMX XNUMX профілів роботи вимагають глибоких знань про акумулятори. Більшість робочих місць вимагає перепідготовки наявної робочої сили в галузі. Але також існує потреба в подальшому навчанні керівництва та ключових експертів з питань акумуляторів, особливо щодо цифрових навичок, розуміння системного ланцюжка створення вартості, економіки замкнутого циклу та управління великомасштабними проектами та інфраструктурою.
Люди, які працюють у сфері досліджень і виробництва акумуляторів, здебільшого походять із таких галузей техніки: машинобудування, інженерія виробництва, інженерія процесів, хімія, фізика, електротехніка та інформаційні технології.
Виходячи з поточної динаміки, на 2025-2030 роки на європейському ринку праці знадобиться від 40.000 70.000 до 2021 20.000 експертів з акумуляторів. Загалом у 30.000 році на європейському ринку були доступні близько XNUMX XNUMX–XNUMX XNUMX експертів з акумуляторів. Ось чому існує велика потреба в майбутніх експертах з акумуляторів із стрімким зростанням тенденції.
Таким чином, Fraunhofer FFB вбудований Європейська навчальна лабораторія батарейних елементів (ELLB) на. ELLB має на меті стати навчальною платформою для навчання та подальших освітніх пропозицій у космосі акумуляторних елементів та виробництва акумуляторних елементів. Тим часом у Мюнстері вже пропонуються вебінари, а також семінари та майстер-класи для передачі знань. ELLB діє як міжінституційна платформа, яка включає в себе експертизу всього Fraunhofer-Gesellschaft, а також коледжів і університетів у сфері передачі знань.
прогноз
Прославленого майстра на всі руки в акумулюванні та розподілі енергії, ймовірно, не існуватиме. Але альтернативи інвестуванню в нові акумуляторні технології та відповідних спеціалістів немає. Загалом, нездатність розробити нові технології акумуляторів продовжить нашу залежність від викопного палива та обмежить використання відновлюваних джерел енергії, електромобілів і портативних пристроїв.
Однак, якщо взяти до уваги те, як швидко прогресує технічний прогрес і що винахід батареї відбувся лише 200 років тому, ми також можемо позитивно дивитися в майбутнє з точки зору енергопостачання. Алессандро Вольта, безумовно, був би «наелектризований» поточним рівнем техніки.
