Tecnología de ensayo para energías renovables
En la actualidad, el suministro de energía es uno de los mayores y más significativos retos: El sector energético es responsable de aproximadamente de dos tercios de las emisiones mundiales de CO2. La expansión de la producción de energía respetuosa con el medio ambiente -a partir de energías renovables- es crucial para hacer frente al cambio climático. Además de la energía solar, eólica e hidroeléctrica, la tecnología del hidrógeno adquiere cada vez más relevancia en el mercado energético mundial para alcanzar el objetivo de neutralizar las emisiones de carbono y contribuir de este modo así a la protección medioambiental. Tanto el material como la infraestructura plantean nuevos y diversos retos para los ensayos de materiales, a lo largo de toda la cadena de valor de la industria del hidrógeno.
Tecnología del hidrógeno Energía solar Tecnología de baterías
Soluciones para ensayos en las tecnologías de hidrógeno
El hidrógeno se utiliza desde hace tiempo como materia prima o combustible en la industria química, ya que se considera la fuente de energía ideal y flexible del futuro. Es un componente elemental de la transición energética prevista, por lo que es apto para un uso generalizado, por ejemplo en los ámbitos de la industria, el transporte, la electricidad y la energía térmica. El hidrógeno verde producido a partir de energías renovables reduce los gases de efecto invernadero y contribuye así a la protección ambiental.
Como elemento más común, el hidrógeno está disponible en cantidades casi ilimitadas, puede utilizarse de forma directa y puede transportarse y almacenarse en forma gaseosa y líquida. Su elevadísima densidad energética y utilidad en forma ligada lo convierte en una atractiva fuente de energía, aunque su manipulación no resulta fácil y es muy complicada.
Debido a su baja densidad y pequeña sección transversal molecular, el hidrógeno se dispersa fácilmente y con rapidez a través de materiales sólidos. En el caso de los materiales metálicos, por ejemplo, esto provoca la fragilización por hidrógeno y, por lo tanto, a una reducción significativa de la resistencia del material. Por este motivo, los ensayos mecánicos de materiales desempeñan una función importante en la caracterización y el desarrollo de nuevos materiales que deben funcionar de forma segura y a largo plazo bajo la influencia del hidrógeno. Se utilizan componentes destacados y esenciales para la seguridad en los siguientes ámbitos:
- Producción de hidrógeno (p. ej. electrolizadores)
- Transporte de hidrógeno (por ejemplo, tuberías, válvulas)
- Almacenamiento de hidrógeno (p. ej. depósitos de gas licuado, depósitos de presión)
- Conversión energética (p. ej. pilas de combustible)
Los ensayos mecánicos de materiales requieren una tecnología de ensayo de precisión y bien adaptada, que permita determinar valores característicos fiables del material, bajo la influencia directa del hidrógeno, a presiones muy altas, a temperaturas muy bajas, pero también durante períodos de tiempo muy prolongados.
Los siguientes ejemplos de aplicación de ZwickRoell presentan soluciones para ensayos, que cumplen perfectamente con los altos requisitos de la industria del hidrógeno y contribuyen considerablemente en el continuo desarrollo de los materiales y componentes.
Soluciones para el ensayo de celdas de baterías de iones de litio, módulos de baterías y paquetes de baterías
Una celda de una batería de iones de litio está formada por diferentes componentes y materiales, que están expuestos a numerosas cargas debido a sus diversas funcionalidades. Por ello, en la producción, los materiales se exponen a tensiones electroquímicas, térmicas y mecánicas en las distintas fases de fabricación para cumplir con dichas tensiones. ZwickRoell ofrece soluciones para el ensayo de celdas de baterías de iones de litio, módulos de baterías y paquetes de baterías para cualquier requisito.
- Se utilizan diversos materiales: Entre ellos, material de electrodo de lámina de aluminio y cobre, separadores de polímeros (PE o PP), recubrimientos de electrodos de grafito o titanato, recubrimientos de óxido de metal litio, carcasas a base de aluminio (carcasa sólida o laminadas), etc.
- Se someten a ensayo materiales para determinar los esfuerzos de tracción, la resistencia al doblado, la tenacidad a la fractura, las fuerzas de cizallamiento, la resistencia de uniones termoselladas, la adherencia, la resistencia a la perforación, la elasticidad, el esfuerzo térmico o la resistencia a la compresión. Además, algunos componentes tienen que pasar ensayos funcionales, como el de fuerzas de cizallamiento en terminales o el de resistencia a la perforación de válvulas de seguridad de celdas prismáticas o simple la verificación de la resistencia de las soldaduras de conductores.
- Una celda de iones de litio debe entenderse en su ciclo de rendimiento. En este contexto, determinar la deformación mecánica de la celda, provocada por el hinchado «swelling» durante el proceso de carga, desempeña un papel importante en el diseño del entorno de la celda de la batería. Otros retos: Resistencia a la temperatura en un amplio rango (-40 °C a + +120 °C), resistencia a vibraciones, cargas cíclicas y procesos de envejecimiento por las influencias electroquímicas.