Inleiding
Solide accu's vormen een aanzienlijke technologische vooruitgang op het gebied van energiesystemen. Ze lossen de belangrijkste problemen op die gepaard gaan met het gebruik van traditionele lithium‑ionaccu's, zoals een lage energiedichtheid, hoge kosten, het risico op elektrolytlekken en een beperkte levensduur. Voor industriële productie, vooral in Oekraïne, waar energiestabiliteit cruciaal is, kunnen solide accu's een oplossing bieden voor het waarborgen van betrouwbare noodstroom.
Wetenschappelijke grondslagen
Solide batterijen gebruiken vaste elektrolyten in plaats van vloeibare, wat veiligheid, stabiliteit en een lange levensduur garandeert. Ze werken op basis van elektrochemische reacties tussen de anode, kathode en de vaste elektrolyt. Volgens onderzoek, gepubliceerd in «Journal of Power Sources» (2023), kunnen solide batterijen een energiedichtheid bereiken tot 500 Wh/kg, wat de waarden van traditionele batterijen overtreft.
Volgens de norm EN 62133:2017 hebben vaste accu's een verhoogde stabiliteit bij werking in verschillende temperatuursomstandigheden, van -20°C tot 60°C. Dit maakt ze geschikt voor industriële toepassingen die een continue voeding vereisen in variabele klimaatcondities.
Huidige ontwikkeling
Technologische rijpheid (TRL) van zware accu's bedraagt momenteel 6–7, wat betekent dat ze al de fasen van laboratoriumonderzoek en prototypes hebben doorlopen. Belangrijke spelers zoals Toyota, QuantumScape en Solid Power ontwikkelen prototypes die voldoen aan ISO 13849-1:2015 voor veilige industriële automatisering.
Vaste accu's, ontwikkeld door QuantumScape, hebben een levensduur tot 10 jaar en een energiedichtheid van 400 Wh/kg. Ze voldoen aan de norm DSTU 4227:2008, die eisen vastlegt voor elektrochemische elementen voor industrieel gebruik.
Invloed op MRO
Het gebruik van vaste accu's verandert de aanpak van onderhoud, vervanging en bedrijfsprocessen in het industriële productieproces. Ze bieden een langere levensduur zonder onderhoud, wat de frequentie van preventief onderhoud verlaagt. Volgens een onderzoek gepubliceerd in «IEEE Transactions on Industrial Electronics» (2022) kunnen vaste accu's de onderhoudskosten met 30–40% verlagen.
Het gebruik van dergelijke accu's vereist ook modernisering van de infrastructuur, waaronder het ontwikkelen van nieuwe oplaadsystemen, meetapparatuur en diagnostische algoritmen. Volgens ISO 13374-1:2012 stijgen de eisen aan elektronische besturingsystemen in industriële systemen om veiligheid en efficiëntie van de bedrijfsvoering te waarborgen.
Tijdelijk schema en acceptatiecurve
De berekening van de aanname van vaste accu's in het industriële sector van Oekraïne wordt geschat op 2026–2035. In 2026 wordt verwacht dat vaste accu's worden ingezet in kleine industriële installaties, zoals back-up generators. In 2028 wordt het gebruik op grote schaal toegepast in middelgrote productie, en tot 2035 in alle industriële installaties met een hoog automatisatieniveau.
De productiekosten van vaste accu's zullen met 20–30% dalen tot 2030, waardoor ze meer toegankelijk worden voor industriële ondernemingen. Volgens onderzoek gepubliceerd in "Energy Storage Materials" (2023) zal dit de economische voordelen van productie veranderen.
Uitdagingen en obstakels
Op weg naar het massale aanvaarden van solide accu's zijn technische, economische en regelgevende obstakels. Technisch gezien vereist de productie van vaste elektrolyten een hoge mate van precisie en gecontroleerde temperatuur, wat de productiekosten verhoogt. Economisch gezien leidt het ontbreken van massaproductie tot hoge kosten, die hoger kunnen zijn dan bij traditionele accu's.
Regulatoire obstakels omvatten de afwezigheid van duidelijke standaarden voor zware accu's in Oekraïne. In 2024 wordt verwacht dat de standaard DSTU 4227:2008 wordt vastgesteld, die eisen oplegt aan elektrochemische elementen voor industrieel gebruik. Tegelijkertijd speelt de certificatie volgens de standaarden CE en UkrSEPRO een belangrijke rol bij het waarborgen van veiligheid.
Wat moeten ingenieurs van het huidige productieproces doen
Ingenieurs van het huidige productieproces moeten meerdere praktische stappen ondernemen voor de voorbereiding op de implementatie van solide accu's. De eerste stap is de evaluatie van de huidige stroomsystemen en het bepalen van de locaties waar reservevoeding kan worden toegepast. De tweede stap is het bestuderen van standaarden zoals ISO 13849-1:2015, om de conformiteit van het systeem te garanderen.
Derde stap is het opstellen van een modernisatieplan dat het bijwerken van oplaadsystemen, controleapparatuur en diagnostische algoritmen omvat. Vierde stap – uitvoeren van afstandsbediening en het gebruik van gegevens van sensoren voor het voorspellen van verbruik en levensduur.
Conclusie
Vaste accu's hebben een hoge potentieel om industriële back-up stroomsystemen te veranderen. Ze bieden een langere levensduur, een verminderde onderhoudskosten en een hogere veiligheid. Echter, hun massale implementatie vereist technische voorbereiding, economische investeringen en regelgevingsveranderingen.
UNITEC-D GmbH is bereid om betrouwbare en gekeurde componenten te leveren voor de implementatie van vaste accu's. U kunt onze producten en oplossingen vinden in UNITEC-D E-Catalog.
Lijst van gebruikt literatuur
- Tijdschrift voor Bronnen van Vermogen, 2023
- IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2022
- Energieopslagmaterialen, 2023
- EN 62133:2017, «Secundaire lithium-ion cel en batterijen — Veiligheidsvereisten voor secundaire lithium-ion cel en batterijen»
- ISO 13849-1:2015, «Veiligheid van machines — Veiligheidsgerelateerde onderdelen van controle-systemen — Deel 1: Algemene principes voor ontwerp»
- DSTU 4227:2008, «Elektrochemische elementen en batterijen voor industrieel gebruik»
- ISO 13374-1:2012, «Elektrische energieopslagstelsels — Deel 1: Algemene eisen en veiligheid»
