Cadena de la indústria energètica de l'hidrogen i sensor de temperatura

L'energia de l'hidrogen es refereix a l'energia alliberada per l'hidrogen durant els canvis físics i químics, que es pot utilitzar per emmagatzemar energia, generació d'energia, combustible per a diferents vehicles, combustible domèstic, etc. L'energia de l'hidrogen també és una energia secundària, verd i zero emissions, o forma d'energia.

[Cadena de la indústria energètica de l'hidrogen]
Riu amunt: producció d'hidrogen, emmagatzematge i transport, funcionament de l'estació d'abastiment d'hidrogen;
Mitjançant corrent: sistema de pila de combustible i fabricació de peces;
Aigües avall: aplicació de piles de combustible d'hidrogen i molts altres enllaços.

Sensor de temperatura de termoparell tipus E PT100 k per a vehicles d'energia d'hidrogen

Sensor de temperatura NTC per a piles de combustible d'hidrogen

Sensor de temperatura DS18b20 per a vehicles d'energia d'hidrogen

El camí de producció d'hidrogen variarà segons la dotació de recursos del lloc de producció d'hidrogen. L'enllaç d'emmagatzematge d'hidrogen és principalment emmagatzematge d'hidrogen gasós, però les perspectives d'emmagatzematge d'hidrogen d'aliatge són bones. L'enllaç de l'estació d'abastiment d'hidrogen presentarà un patró de coexistència i complementarietat entre la producció central d'hidrogen i la producció distribuïda d'hidrogen.. Les oportunitats en l'enllaç de la pila de combustible són les membranes d'intercanvi de protons, catalitzadors de baix cost i ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen. El mercat de l'automòbil és el més gran de l'enllaç d'aplicació aigües avall, i s'espera que el mercat de vehicles comercials de piles de combustible d'hidrogen exploti primer al mercat d'aplicacions d'automoció.

1. Producció d'hidrogen
La producció d'hidrogen és una baula important en la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen. Segons la tecnologia de producció, es pot dividir en producció d'hidrogen d'energia fòssil, producció d'hidrogen de subproductes industrials i producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua:
Producció d'hidrogen d'energia fòssil (també conegut com a hidrogen gris) és la principal font d'hidrogen del meu país. Té un baix cost de producció, però altes emissions de carboni, cosa que no afavoreix la realització del meu país “3060” objectiu;

Producció d'hidrogen de gas subproducte industrial (és a dir. hidrogen blau) principalment es refereix a l'hidrogen obtingut en produir productes químics com el gas del forn de coc, amoníac sintètic, i metanol sintètic.

Electròlisi de l'aigua, producció d'hidrogen (és a dir. hidrogen verd) no emet gasos d'efecte hivernacle durant el procés de producció d'hidrogen, i la puresa de l'hidrogen és alta. És la direcció principal de la producció d'hidrogen en el futur. No obstant això, el consum d'electricitat actual de la producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua és gran i el cost de producció és elevat.

2. Emmagatzematge i transport d'hidrogen
L'emmagatzematge i el transport d'hidrogen és un enllaç clau que restringeix el desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen del meu país. Com el gas més lleuger de la natura, L'hidrogen té propietats físiques i químiques úniques, la qual cosa fa que l'emmagatzematge i el transport siguin molt difícils i costosos, which has also become one of the reasons hindering the development of the hydrogen energy industry. A hydrogen storage method corresponds to a hydrogen transportation method. En l'actualitat, there are four main ways to store and transport hydrogen, namely, high-pressure gas, low-temperature liquid hydrogen, organic liquid and solid storage and transportation.

Avui, the technology of high-pressure gaseous hydrogen storage is mature, and it will become the main hydrogen storage technology promoted by my country in the future; low-temperature liquid hydrogen storage and transportation is mainly used in the aerospace field; organic liquid and solid storage and transportation are still in the research and demonstration stage.

3. Hydrogen refueling station
The main components of the hydrogen refueling station are hydrogen refueling machine, compressor d'hidrogen (comptabilitzar aproximadament 30% del cost total), grup d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen, etc. La direcció actual de desenvolupament de la fabricació d'equips és accelerar el procés de localització dels compressors d'hidrogen, reduint així el cost de construcció de les estacions d'abastiment d'hidrogen.

A partir de juliol 5, 2022, el meu país ha construït un total de 272 estacions d'avituallament d'hidrogen. Entre ells, La província de Guangdong té el major nombre d'estacions, arribant 52, i la província de Shandong té 29, en segon lloc del país. El nombre d'estacions a Jiangsu i Zhejiang és més que 20. Entre els municipis, Xangai té el major nombre d'estacions, arribant 15. Pequín té 14. En l'actualitat, excepte el Tibet, Qinghai i Gansu, el meu país ha aconseguit una cobertura total de les estacions d'abastiment d'hidrogen. Segons la planificació del nombre d'estacions d'avituallament d'hidrogen, el nombre total previst superarà 800 en 2025.

IV. Midstream of the hydrogen energy industry chain
In the midstream of the hydrogen energy industry chain, the main focus is on fuel cells and their eight key components:

1. Fuel cell
A fuel cell is a power generation device that directly converts the chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy. The basic principle is the reverse reaction of water electrolysis. Fuel cells are more complex than common lithium battery systems, mainly consisting of a battery stack (the core of the entire battery system) and system components (air compressor, humidifier, hydrogen circulation pump, grup d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen).
△ Working principle of fuel cell system-hydrogen and oxygen are supplied to the anode and cathode respectively. After hydrogen diffuses outward through the anode and reacts with the electrolyte, it releases electrons to reach the cathode through the external load.

2. Eight key components of fuel cells
In the field of hydrogen energy, the Ministry of Industry and Information Technology divides the eight key components of fuel cells into: fuel cell stack, bipolar plate, membrane electrode, proton exchange membrane, catalyst, gas diffusion layer, air compressor and hydrogen circulation pump, which is also the key link that my country needs to overcome in developing the hydrogen energy industry.

The fuel cell stack, the core component of the engine system, is the place where hydrogen and oxygen undergo electrochemical reactions and generate electricity.

Since the output power of a single fuel cell unit is small, multiple fuel cell units are usually connected in series to form a stack to increase the output power. Per tant, la pila és un component compost compost per plaques bipolars alternes i elèctrodes de membrana, amb segells incrustats entre cada monòmer, i apretat amb cargols després de prémer les plaques frontals i posteriors. En el cost d'un vehicle de pila de combustible, el sistema de pila de combustible representa aproximadament 60%, i la pila de piles de combustible en representa més de 62% del cost del sistema de pila de combustible, per tant, reduir el cost de la pila de pila de combustible és la clau per desenvolupar la indústria de vehicles de pila de combustible.

Les plaques bipolars representen aproximadament 60-80% de la massa de la pila de pila de combustible, 20-40% del cost, i ocupen gairebé tot el volum de la pila de pila de combustible, jugant el paper de suport de l'estructura mecànica, distribuint uniformement el gas, drenant l'aigua, conductor de calor i electricitat.

Segons diferents materials, Les plaques bipolars es poden dividir en plaques bipolars de grafit, plaques bipolars metàl·liques i plaques bipolars compostes. Plaques bipolars de grafit – pes lleuger, forta estabilitat i alta resistència a la corrosió, però amb propietats mecàniques pobres. Plaques bipolars metàl·liques – fortes propietats mecàniques, gruix prim, bona barrera de gas, però fàcil de corroir i vida curta. Plaques bipolars compostes – tenen els avantatges tant de les plaques de grafit com de les plaques metàl·liques, però el procés de preparació és complicat i el cost és elevat.

Els elèctrodes de membrana estan formats principalment per membranes d'intercanvi de protons, catalitzadors, marcs i capes de difusió de gas, i són generalment una estructura apilada de set capes.

En l'actualitat, la bretxa de rendiment entre els productes produïts pels fabricants d'elèctrodes de membrana nacionals i estrangers és cada cop més petita, i elèctrodes de membrana amb preus de preparació baixos, L'alt rendiment i la bona durabilitat també s'han convertit en el focus dels fabricants nacionals i estrangers. A jutjar per la disposició de les empreses nacionals, l'expansió de les empreses d'elèctrodes de membrana s'accelerarà després 2021, i la tecnologia de recobriment directe a doble cara i la tecnologia d'emmotllament integrat d'elèctrodes de membrana s'estan convertint en corrent.

Les membranes d'intercanvi de protons tenen la funció d'aïllar electrons, separant els pols positiu i negatiu, i protons conductors. El procés de fabricació és complex i té elevades barreres tècniques i barreres de qualificació.

Segons el contingut de fluor, Les membranes d'intercanvi de protons es poden dividir en membranes d'àcid perfluorosulfònic, Membranes de polímers parcialment fluorats, noves membranes de polímers no fluorats, membranes compostes, etc. Les membranes d'intercanvi de protons perfluor s'utilitzen àmpliament a causa de la seva excel·lent estabilitat tèrmica, estabilitat química, alta resistència mecànica i alt grau d'industrialització.

Els catalitzadors de piles de combustible es divideixen en catalitzadors de platí, catalitzadors de baix contingut en platí, i catalitzadors no platínics.

En la producció industrial de catalitzadors, el meu país està molt enrere dels països estrangers i fa molt de temps que depèn de les importacions. Això no només ha augmentat el cost de les piles de combustible, però també va restringir el desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen del meu país. En l'actualitat, el procés de localització dels catalitzadors de piles de combustible al meu país s'està accelerant. Recentment, la línia de producció de catalitzadors de pila de combustible de Zhongzi Environmental Protection s'ha completat i ha superat amb èxit l'acceptació. Des de la finalització de la línia de producció respectuosa amb el medi ambient, té una gran importància perquè els materials bàsics de les piles de combustible avancin cap a la localització, aconseguir un control tècnic i reduir costos.

La capa de difusió de gas normalment està composta per una capa base i una capa microporosa. Després que la capa base de la capa de difusió del gas és hidròfoba, una o diverses capes microporoses s'hi cobreixen per formar una capa de difusió de gas. Té un paper important en el suport de la capa catalítica, captació de corrent, conducció de gas i descàrrega d'aigua del producte de reacció a les piles de combustible.

Segons les diferents capes base, es pot dividir en substrat de paper de fibra de carboni, substrat de tela de carboni i substrat metàl·lic. En l'actualitat, la majoria de fabricants de piles de combustible utilitzen productes de capa de difusió de gas de fabricants com ara Toray del Japó, els Estats Units AvCarb, i la SGL alemanya. No obstant això, l'energia general d'hidrogen del meu país, Jiangsu Hydrogen Power i altres empreses poden, bàsicament, comparar productes avançats internacionals a nivell tècnic i s'espera que aconsegueixin la industrialització.

Bomba de circulació d'hidrogen, el principal producte de circulació d'hidrogen del meu país. Si es compara la pila de bateria amb la “cor” de la pila de combustible, llavors l'hidrogen és el “sang”, i el sistema de circulació d'hidrogen és el “miocardi fort” per garantir el flux de “sang”. Els productes de circulació d'hidrogen inclouen principalment bombes de circulació d'hidrogen i expulsors d'hidrogen: En comparació amb els expulsors d'hidrogen, Les bombes de circulació d'hidrogen tenen els avantatges de l'ajust actiu, velocitat de resposta ràpida, i ampli rang de treball.

Els compressors d'aire estan formats per elements de compressió, conductors, i equips mecànics que accionen els elements del compressor.

A diferència dels compressors d'aire normals, Els compressors d'aire de pila de combustible han de complir molts requisits estrictes, com ara sense oli, baix soroll, alta fiabilitat, alta eficiència, miniaturització, àmplia gamma de treball, bona capacitat de resposta dinàmica, i una bona gestió tèrmica. Pel que fa a la quota de mercat, el grau de localització dels compressors d'aire de pila de combustible és relativament alt, i les principals empreses nacionals inclouen Kingston, Segatron, etc.

V. Avall de la cadena de la indústria energètica de l'hidrogen
A la part baixa de la cadena industrial, l'aplicació de l'energia de l'hidrogen es reflecteix principalment en el transport, generació d'energia, emmagatzematge d'energia, indústria i altres escenaris, entre els quals el transport és un avenç important per al consum d'energia d'hidrogen.

A partir d'abril 30, 2022, un total de 8,198 Els vehicles de pila de combustible s'han connectat a la Plataforma Nacional de Seguiment i Gestió de Vehicles d'Energia Nova. Entre ells, els autobusos de pila de combustible són els més grans, amb un total de 4,241 connectat, comptabilitat 51.73% del total; els vehicles especials estan connectats, comptabilitat 3,945, comptabilitat 48.12%, incloent vehicles especials de logística, vehicles especials d'enginyeria i vehicles especials de sanejament; i els turismes estan connectats, comptabilitat 12, comptabilitat 0.15%.

Des de la perspectiva de les aplicacions de demostració de vehicles de pila de combustible, El meu país compta actualment amb cinc grans grups de ciutats demostratives, és a dir, Beijing-Tianjin-Hebei, Xangai, Guangdong, Hebei i Zhengzhou. Els cinc grans grups de ciutats de demostració han connectat un total de 5,853 vehicles de pila de combustible, comptabilitat 71.40% de l'accés nacional de vehicles de pila de combustible. Entre ells, el clúster de la ciutat de Guangdong té el major nombre de vehicles de pila de combustible connectats, arribant 2,604.

VI. Sensor de temperatura
1. Aplicació en productes de sensor de temperatura
És explosiu i volàtil en si mateix. Les principals fonts de perill a què s'enfronta el sistema d'hidrogen a bord dels vehicles de pila de combustible són els incendis i les explosions. Per tant, la gent ha plantejat preguntes sobre la seguretat del sistema d'hidrogen a bord dels automòbils. Per tal de coordinar els requisits tècnics de seguretat de diversos països i fer que el públic sigui més reconegut de les piles de combustible d'hidrogen, la Comissió Econòmica per a Europa de les Nacions Unides ha establert un grup de treball especial i ha redactat el reglament tècnic global GTR3 “Reglament tècnic mundial per a vehicles de piles de combustible d'hidrogen”. La seguretat dels vehicles de pila de combustible d'hidrogen està clarament estipulada en aquest reglament tècnic.

Els recursos d'hidrogen són molt bons, net i renovable. Preneu com a exemple els vehicles elèctrics de pila de combustible d'hidrogen. La tecnologia estrangera és bastant madura. És un vehicle de nova energia impulsat per un motor elèctric i alimentat per l'electricitat generada pel combustible d'hidrogen mitjançant reaccions electroquímiques..

Com que només es genera aigua després de la reacció química, l'emissió és propera a zero. En comparació amb els vehicles d'energia nova amb bateria de liti, els consumidors no tenen problemes d'ansietat de resistència i no necessiten canviar els seus hàbits d'ús. El procés d'hidrogenació només necessita 5 minuts, i no hi ha cap problema de contaminació causat pel desballestament de bateries de gran capacitat després d'un ús a llarg termini, per això s'anomena vehicle d'energia neta.

No obstant això, les piles de combustible d'hidrogen són propenses a les fuites i tenen un rang d'explosió molt ampli. Actualment és el gas amb el rang d'ona més ampli. Sempre que es barregi amb aire i arribi a una proporció de 4% a 75%, it will explode and belong to the first-level explosion gas. Per tant, from hydrogen production stations, hydrogen storage stations, transport vehicles, estacions d'avituallament d'hidrogen, to hydrogen fuel cell vehicles, hydrogen needs to be tested, leaks are discovered as early as possible, valves are immediately turned off and alarms are sounded to reduce safety hazards.

A més, for hydrogen fuel cell vehicles, hydrogen sensors can not only be used to monitor hydrogen leaks at the gas tank and stack end, but also to detect the concentration of hydrogen in exhaust gas. Fuel cell vehicles can also analyze the performance and reaction degree of the stack in real time based on these monitoring information, so as to adjust relevant input indicators or data configurations in time to achieve safe and efficient operation of the vehicle.

Per tant, els sensors de vehicles de pila de combustible d'hidrogen són de gran valor. Hi ha principalment sensors de fuites de gas, sensors de pressió, sensors de temperatura, temperatura, sensors integrats d'humitat i pressió, sensors de flux d'aire, etc.

Per exemple, els sensors d'hidrogen inclouen sondes sensibles, plaques de circuits, carcassa externa i components estructurals relacionats; la interfície entre el sensor i l'exterior és principalment una interfície de comunicació, i aquests subsistemes es combinen orgànicament per formar un component sensor d'hidrogen. La funció principal de la instal·lació de sensors d'hidrogen és garantir el funcionament segur dels vehicles de pila de combustible d'hidrogen. Com tots sabem, l'hidrogen és un gas inflamable i explosiu. Per a vehicles de pila de combustible d'hidrogen, Els sensors d'hidrogen poden detectar quan la concentració d'hidrogen supera el rang segur i introduir un senyal d'alarma al vehicle a temps. El sistema del vehicle adoptarà immediatament les mesures de protecció de seguretat corresponents a l'apagada per evitar accidents de seguretat.

Els sensors d'hidrogen no només es poden utilitzar per controlar les fuites d'hidrogen al dipòsit de gas i a l'extrem de la pila, però també per detectar la concentració d'hidrogen en els gasos d'escapament. Els vehicles de pila de combustible d'hidrogen també poden analitzar el rendiment i el grau de reacció de la pila en temps real basant-se en aquesta informació de seguiment., per tal d'ajustar els indicadors d'entrada pertinents o la configuració de dades a temps per aconseguir un funcionament segur i eficient del vehicle.

Per exemple, Els sensors de temperatura d'hidrogen s'utilitzen principalment per a la detecció de pressió d'hidrogen. Utilitza una carcassa d'acer inoxidable 316L, que pot resistir molt bé la fragilitat i la penetració de l'hidrogen, i la seva fiabilitat, la precisió i la durabilitat són molt altes, which can effectively meet the temperature measurement work of fuel cells and other hydrogen energy sources on the market. A més, the static working pressure of the new hydrogen temperature sensor can reach 160bar (much higher than the general pressure requirement), and the measurement range is -40℃ to +100°C.

Mr. Zeng, a hydrogen temperature sensor manufacturer, told the researcher: “The national standard has requirements for hydrogen safety of hydrogen fuel cell vehicles. The number of hydrogen sensors required for a vehicle should be considered in combination with space layout, ventilació, seguretat, etc. En termes generals, at least one is required for the engine, hydrogen storage tank, cockpit (inside the car), and the tailpipe will also need one.”

“It is worth mentioning that hydrogen sensors are divided into many specifications and the ranges are also different. Different fuel cell models and different positions of the same model have different requirements for hydrogen sensors. If high temperature and humidity resistance and high precision are required, the price will be more expensive. Based on Considering both vehicle needs and cost reduction, users generally choose hydrogen sensor solutions in a comprehensive manner. ”

“From a technical perspective, automotive hydrogen sensors are different from consumer sensors. They have very complex operating conditions and need to experience more severe high and low temperatures along with the vehicle. They also need to resist external forces (such as vibration, impact, etc.). The development of automotive hydrogen sensor products needs to meet the basic requirements and processes of automotive product development, starting from system requirements description and analysis, and gradually iterating to design, analysis, verification, and vehicle testing to ensure the comprehensiveness, fiabilitat, and safety of the product. ”

2. Application of temperature sensor sales channels and human resources
“The channel sales personnel in the midstream battery stack industry and the channel sales sales personnel for hydrogen energy vehicles and hydrogen fuel cell temperature sensors have overlapping channels and overlapping customer resources. The sales personnel can achieve seamless connection by switching jobs in these two industries.”

“Our temperature sensor company recruits for the sales needs of the hydrogen fuel cell and hydrogen energy vehicle industries, and can also accurately search for channel sales talents in these industries.”

The sales team of the temperature sensor company analyzed that the business cycle of the first wave of hydrogen energy vehicles and hydrogen fuel cells is opening, so it is not difficult to decide that the “hydrogen energy vehicle/hydrogen fuel cell industry sales team” can be prepared and established. By sorting out the customer lists and regional distribution of hydrogen energy vehicle and hydrogen fuel cell manufacturers, the regional layout and construction cost of this “hydrogen energy vehicle/hydrogen fuel cell industry sales team” are clear.

3. Application in the marketing and promotion of temperature sensors
There are already vertical offline activities to promote hydrogen fuel cells and hydrogen energy vehicle temperature sensors. Organizations include the International Hydrogen Fuel Cell Association and the China Hydrogen Energy Alliance, and activities include the World Hydrogen Energy Technology Conference and Exhibition, etc.

The main way to promote hydrogen fuel cells and hydrogen energy vehicle temperature sensors online is content marketing. Building PC networks, WeChat accounts and conducting content operations that can solve user needs is the basic skill, and building a content marketing ecosystem covering Baidu, Zhihu, Xiaohongshu, etc. for search engines is the big market.

4. Application in investment and financing of temperature sensors
From the perspective of the entire hydrogen energy industry chain, the biggest beneficiaries of capital are the core components of hydrogen fuel cells such as midstream battery systems, stacks, and membrane electrodes (MEA). Per exemple, you can consider making early arrangements for temperature sensors for hydrogen fuel cells. Hydrogen energy vehicle supply chain companies and temperature sensors are suitable for mutual investment and serving common customers together.