NatureEnergy观点:通过跨学科解决电池人才短缺问题!

锂电联盟会长 2024-07-22 10:31

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随着能源领域技能人才的日益短缺,需要采取整体的、跨学科的方法,Billy Wu 认为。电池被广泛认为是关键的脱碳技术,随着政府脱碳指令、经济增长机会和能源安全关切的增加,电池的部署正在快速进行。电池的主要体积驱动因素目前是电动汽车和固定式储能。然而,未来的应用将是多样化的,能源转型将需要生产量的大幅度增加。这种扩张将需要具有正确技能的创新思维,以适应电池开发、生产和部署,以满足未来的需求。然而,这些技能人才的短缺日益严重,这已成为扩大规模的一个限制因素。电池相关工作岗位的数量估计各不相同,但2023年Volta基金会电池报告表明,每GWh将有35-162个工作岗位。随着全球已宣布的电池生产超过9000 GWh(世界巨型工厂在哪里?基准矿物情报;2023年10月31日),这转化为到2030年将有30万到140万个工作岗位。仅对于美国的电池储能行业,2022年国家可再生能源实验室报告估计,到2030年将需要至少比2020年估计多13万工人。这一叙述在不同的可再生能源领域持续(S. Truitt等人。2025年和2030年四种清洁能源技术的州级就业预测;NREL,2022)。许多学科对电池开发做出了贡献:材料科学家开发下一代材料,电气工程师探索电池管理系统的新状态估计技术,政策制定者为提高可持续性创造新的法规。所有这些个别领域都存在值得注意的工作;然而,一个成功的未来电池行业将以其解决“和”问题的能力为特点。我们能否创造具有高性能、长寿命和低成本的可持续解决方案,结合起来?实现这一目标将需要一个整体的方法,超越传统的单一学科,以跨学科的方法整合不同领域的知识。
因此,从业者不仅需要拥有深入的学科知识,而且还需要理解系统性挑战,运用批判性思维技能,并在多学科团队中有效协作。未能这样做可能导致子系统优化陷阱,例如,优化能量密度而不考虑成本、制造可行性或材料可用性。与当前电池人才格局相关的一个有趣的二分法是,全球同时寻找技能人才,同时在电池领域进行裁员以重新调整重点(2023年电池报告;Volta基金会,2024年)。虽然这有很多原因,频繁的技术重新聚焦可能部分源于缺乏早期整体考虑。这些多学科考虑的一个例子可以在下一代电池系统的发展中看到,例如,由于其高比容量,正在探索将锂金属阳极作为石墨的替代品。然而,尽管在实验室规模的演示中很有希望,可充电锂金属电池尚未实现重大的商业规模。因此,成功的商业部署需要克服诸如成本效益地采购足够纯度和规模的锂金属、稳定的固体-电解质界面形成以提高耐用性以及影响包装设计的体积膨胀问题等耦合挑战。电池领域的日益跨学科性,与大多数单一学科的教育课程形成对比,可能是电池技能短缺的一个促成因素,特别是在电池工程职位方面。在这些角色中,诸如机械和电气工程等学科传统上没有将电化学纳入其课程,这在吸引这些领域的人才方面构成了挑战。解决这个问题的一个机会可能是通过大规模开放在线课程,这些课程有潜力提供补充性的提升技能。此外,更多地采用基于项目的学习方法,与多学科团队合作,可以促进对多物理电池挑战的更好理解。
一个值得注意的例子是学生方程式竞赛,其中多学科工程团队设计、制造和比赛电动车辆。然而,需要更多的努力来弥合工程和科学领域之间的差距。解决这一技能短缺问题将需要多个利益相关者的协调努力。学术界将是电池人才的主要来源,而与工业界增加合作可以提供大学可能无法获得的制造和部署挑战的洞察力。通过从非电池背景招募多样化的人才也将很重要,因为它有额外的好处,可以为解决电池挑战提供新的视角。例如,来自油漆行业的知识可以加速电池制造中涂层工艺的发展。此外,针对激发早期学生灵感的外展活动需要被整合到一个整体的电池人才战略中。例如,皇家学会提供了一个很好的例子,展示了电化学原理的创造性和令人兴奋的演示,这些原理可能难以可视化。其他可再生能源领域的人才短缺也在出现,所有这些都分享了需要解决“和”问题的共同主题。例如,部署氢燃料电池需要在电催化、热传递和制造等方面具有专业知识的团队。因此,人才发展计划应该跨越各种可再生能源学科,促进知识共享,并鼓励跨领域的流动性。未来的电池行业不仅需要足够数量的有才华的个人,而且还需要跨学科的意识和在多学科团队中有效工作的能力。提供提升技能的机会和在不同领域之间过渡的途径将对思想的交流非常重要。尽管仍有工作要做,但实现我们低碳未来所需的所有关键要素都存在。
作者Billy Wu是伦敦帝国学院设计工程学院的成员。他还是法拉第机构培训和多样性小组的成员和主席,以及法拉第机构多尺度电池建模项目的共同研究者。
来源:科学电池网
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