Chaîne industrielle de l’énergie hydrogène et capteur de température

L'énergie de l'hydrogène fait référence à l'énergie libérée par l'hydrogène lors de changements physiques et chimiques., qui peut être utilisé pour le stockage d’énergie, production d'électricité, carburant pour divers véhicules, combustible domestique, etc.. L'énergie hydrogène est aussi une énergie secondaire, vert et zéro émission, ou forme d'énergie.

[Chaîne industrielle de l’énergie hydrogène]
En amont: production d'hydrogène, stockage et transport, exploitation d'une station de ravitaillement en hydrogène;
Milieu du secteur: fabrication de systèmes de pile à combustible et de pièces;
En aval: application des piles à combustible à hydrogène et bien d'autres liens.

Capteur de température à thermocouple de type E PT100 k, pour véhicules à énergie hydrogène

Capteur de température NTC pour piles à combustible à hydrogène

Capteur de température DS18b20 pour véhicules à énergie hydrogène

Le parcours de production d’hydrogène variera en fonction de la dotation en ressources du site de production d’hydrogène. Le lien de stockage d’hydrogène est principalement le stockage d’hydrogène gazeux, mais les perspectives de stockage de l'hydrogène en alliage sont bonnes. Le lien entre les stations de ravitaillement en hydrogène présentera un modèle de coexistence et de complémentarité entre la production centrale d'hydrogène et la production distribuée d'hydrogène.. Les opportunités dans le domaine des piles à combustible sont les membranes échangeuses de protons, catalyseurs à faible coût et bouteilles de stockage d'hydrogène. Le marché automobile est le plus important dans le lien d'application en aval, et le marché des véhicules utilitaires à pile à combustible à hydrogène devrait d'abord exploser sur le marché des applications automobiles..

1. Production d'hydrogène
La production d’hydrogène est un maillon important de la chaîne industrielle de l’hydrogène énergie. Selon la technologie de production, il peut être divisé en production d'hydrogène d'énergie fossile, production d'hydrogène sous-produit industriel et production d'hydrogène par électrolyse de l'eau:
Production d’hydrogène à partir d’énergie fossile (également connu sous le nom d'hydrogène gris) est la principale source d'hydrogène dans mon pays. Il a un faible coût de production, mais des émissions de carbone élevées, ce qui n’est pas propice à la réalisation des objectifs de mon pays “3060” but;

Production d’hydrogène gazeux sous-produit industriel (c'est à dire. hydrogène bleu) fait principalement référence à l'hydrogène obtenu lors de la production de produits chimiques tels que le gaz de cokerie, ammoniac synthétique, et méthanol synthétique.

Production d'hydrogène par électrolyse de l'eau (c'est à dire. hydrogène vert) n'émet pas de gaz à effet de serre lors du processus de production d'hydrogène, et la pureté de l'hydrogène est élevée. C'est la principale direction de la production d'hydrogène à l'avenir. Cependant, la consommation électrique actuelle de la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est importante et le coût de production est élevé.

2. Stockage et transport d'hydrogène
Le stockage et le transport de l’hydrogène sont un maillon clé limitant le développement de l’industrie chinoise de l’hydrogène et de l’énergie.. Comme le gaz le plus léger de la nature, l'hydrogène possède des propriétés physiques et chimiques uniques, ce qui rend le stockage et le transport très difficiles et coûteux, ce qui est également devenu l’une des raisons qui entravent le développement de l’industrie de l’énergie hydrogène. Un mode de stockage de l’hydrogène correspond à un mode de transport de l’hydrogène. Maintenant, il existe quatre manières principales de stocker et de transporter l’hydrogène, à savoir, gaz à haute pression, hydrogène liquide à basse température, stockage et transport de liquides organiques et de solides.

Aujourd'hui, la technologie du stockage d'hydrogène gazeux à haute pression est mature, et cela deviendra la principale technologie de stockage d'hydrogène promue par mon pays à l'avenir; Le stockage et le transport d'hydrogène liquide à basse température sont principalement utilisés dans le domaine aérospatial.; le stockage et le transport de liquides et de solides organiques sont encore au stade de la recherche et de la démonstration.

3. Station de ravitaillement en hydrogène
Les principaux composants de la station de ravitaillement en hydrogène sont la machine de ravitaillement en hydrogène, compresseur à hydrogène (représentant environ 30% du coût total), groupe de bouteilles de stockage d'hydrogène, etc.. L'orientation actuelle du développement de la fabrication d'équipements est d'accélérer le processus de localisation des compresseurs à hydrogène, réduisant ainsi le coût de construction des stations de ravitaillement en hydrogène.

Dès juillet 5, 2022, mon pays a construit un total de 272 stations de ravitaillement en hydrogène. Parmi eux, La province du Guangdong possède le plus grand nombre de stations, atteindre 52, et la province du Shandong a 29, au deuxième rang du pays. Le nombre de stations dans le Jiangsu et le Zhejiang est supérieur à 20. Parmi les communes, Shanghai possède le plus grand nombre de gares, atteindre 15. Pékin a 14. Maintenant, sauf le Tibet, Qinghai et Gansu, mon pays a atteint une couverture complète des stations de ravitaillement en hydrogène. Selon la planification du nombre de stations de ravitaillement en hydrogène, le nombre total prévu dépassera 800 dans 2025.

Iv. Au milieu de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène
Au milieu de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène, l'accent est mis principalement sur les piles à combustible et leurs huit composants clés:

1. Pile à combustible
Une pile à combustible est un dispositif de production d'électricité qui convertit directement l'énergie chimique de l'hydrogène et de l'oxygène en énergie électrique.. Le principe de base est la réaction inverse de l'électrolyse de l'eau. Les piles à combustible sont plus complexes que les systèmes de batteries au lithium courants, composé principalement d'une pile de batteries (le cœur de tout le système de batterie) et composants du système (compresseur d'air, humidificateur, pompe de circulation d'hydrogène, groupe de bouteilles de stockage d'hydrogène).
△ Principe de fonctionnement du système de pile à combustible : l'hydrogène et l'oxygène sont fournis respectivement à l'anode et à la cathode.. Une fois que l'hydrogène se diffuse vers l'extérieur à travers l'anode et réagit avec l'électrolyte, il libère des électrons pour atteindre la cathode à travers la charge externe.

2. Huit composants clés des piles à combustible
Dans le domaine de l’énergie hydrogène, le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information divise les huit composants clés des piles à combustible en: pile à combustible, plaque bipolaire, électrode à membrane, membrane échangeuse de protons, catalyseur, couche de diffusion de gaz, compresseur d'air et pompe de circulation d'hydrogène, qui est également le maillon clé que mon pays doit surmonter dans le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène.

La pile à combustible, le composant central du système moteur, est l'endroit où l'hydrogène et l'oxygène subissent des réactions électrochimiques et génèrent de l'électricité.

Étant donné que la puissance de sortie d’une seule pile à combustible est faible, plusieurs unités de pile à combustible sont généralement connectées en série pour former une pile afin d'augmenter la puissance de sortie. Donc, l'empilement est un composant composite composé d'une alternance de plaques bipolaires et d'électrodes à membrane, avec des joints intégrés entre chaque monomère, et serré avec des vis après avoir pressé les plaques d'extrémité avant et arrière. Dans le prix d'un véhicule à pile à combustible, le système de pile à combustible représente environ 60%, et la pile à combustible représente plus de 62% du coût du système de pile à combustible, la réduction du coût de la pile à combustible est donc la clé du développement de l'industrie des véhicules à pile à combustible..

Les plaques bipolaires représentent environ 60-80% de la masse de la pile à combustible, 20-40% du coût, et occupent presque tout le volume de la pile à combustible, jouant le rôle de support de la structure mécanique, répartir uniformément le gaz, vidange de l'eau, conduire la chaleur et l'électricité.

Selon différents matériaux, les plaques bipolaires peuvent être divisées en plaques bipolaires en graphite, plaques bipolaires métalliques et plaques bipolaires composites. Plaques bipolaires en graphite – poids léger, forte stabilité et haute résistance à la corrosion, mais mauvaises propriétés mécaniques. Plaques bipolaires métalliques – fortes propriétés mécaniques, fine épaisseur, bonne barrière aux gaz, mais facile à corroder et durée de vie courte. Plaques bipolaires composites – ont les avantages des plaques de graphite et des plaques de métal, mais le processus de préparation est compliqué et le coût est élevé.

Les électrodes à membrane sont principalement composées de membranes échangeuses de protons, catalyseurs, cadres et couches de diffusion de gaz, et sont généralement une structure empilée à sept couches.

Maintenant, l'écart de performance entre les produits fabriqués par les fabricants nationaux et étrangers d'électrodes à membrane devient de plus en plus petit, et électrodes à membrane avec des prix de préparation faibles, les hautes performances et la bonne durabilité sont également devenues la priorité des fabricants nationaux et étrangers. À en juger par la configuration des entreprises nationales, l'expansion des entreprises d'électrodes à membrane s'accélérera après 2021, et la technologie de revêtement direct double face et la technologie de moulage intégrée à électrodes à membrane deviennent courantes.

Les membranes échangeuses de protons ont pour fonction d'isoler les électrons, séparer les pôles positif et négatif, et conduire des protons. Le processus de fabrication est complexe et présente d'importantes barrières techniques et de qualification..

Selon la teneur en fluor, les membranes échangeuses de protons peuvent être divisées en membranes d'acide perfluorosulfonique, membranes polymères partiellement fluorées, nouvelles membranes polymères non fluorées, membrane composite, etc.. Les membranes échangeuses de protons perfluorées sont largement utilisées en raison de leur excellente stabilité thermique, stabilité chimique, haute résistance mécanique et haut degré d'industrialisation.

Les catalyseurs des piles à combustible sont divisés en catalyseurs en platine, catalyseurs à faible teneur en platine, et catalyseurs sans platine.

Dans la production industrielle de catalyseurs, mon pays est loin derrière les pays étrangers et dépend depuis longtemps des importations. Cela n’a pas seulement fait grimper le coût des piles à combustible, mais a également limité le développement de l'industrie chinoise de l'énergie hydrogène. Maintenant, le processus de localisation des catalyseurs de piles à combustible dans mon pays s'accélère. Récemment, la ligne de production de catalyseurs pour piles à combustible de Zhongzi Environmental Protection a été achevée et a passé avec succès l'acceptation. Depuis l'achèvement de la chaîne de production respectueuse de l'environnement, il est très important que les matériaux de base des piles à combustible progressent vers la localisation, réaliser un contrôle technique et réduire les coûts.

La couche de diffusion gazeuse est généralement composée d'une couche de base et d'une couche microporeuse. Après que la couche de base de la couche de diffusion de gaz soit hydrophobe, une ou plusieurs couches microporeuses sont appliquées dessus pour former une couche de diffusion de gaz. Il joue un rôle important dans le soutien de la couche catalytique, collecter du courant, conduire le gaz et évacuer l'eau du produit de réaction dans les piles à combustible.

Selon les différentes couches de base, il peut être divisé en substrat de papier en fibre de carbone, substrat en tissu de carbone et substrat métallique. Maintenant, la plupart des fabricants de piles à combustible utilisent des produits à couche de diffusion de gaz provenant de fabricants tels que le japonais Toray, aux États-Unis AvCarb, et l'allemand SGL. Cependant, l'énergie générale de l'hydrogène de mon pays, Jiangsu Hydrogen Power et d'autres sociétés peuvent essentiellement comparer les produits internationaux avancés au niveau technique et devraient parvenir à l'industrialisation..

Pompe de circulation d'hydrogène, le produit de circulation d'hydrogène grand public de mon pays. Si la pile de batteries est comparée à la “cœur” de la pile à combustible, alors l'hydrogène est le “sang”, et le système de circulation d'hydrogène est le “myocarde fort” pour assurer la circulation des “sang”. Les produits de circulation d'hydrogène comprennent principalement des pompes de circulation d'hydrogène et des éjecteurs d'hydrogène: Comparé aux éjecteurs d'hydrogène, les pompes de circulation d'hydrogène présentent les avantages d'un réglage actif, vitesse de réponse rapide, et large plage de travail.

Les compresseurs d'air sont composés d'éléments de compression, conducteurs, et équipements mécaniques qui entraînent les éléments du compresseur.

Contrairement aux compresseurs d'air ordinaires, les compresseurs d'air à pile à combustible doivent répondre à de nombreuses exigences strictes telles que l'absence d'huile, faible bruit, grande fiabilité, haute efficacité, miniaturisation, large plage de travail, bonne capacité de réponse dynamique, et une bonne gestion thermique. En termes de part de marché, le degré de localisation des compresseurs d'air à pile à combustible est relativement élevé, et les principales entreprises nationales comprennent Kingston, Ségatron, etc..

V. En aval de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène
En aval de la chaîne industrielle, l'application de l'énergie hydrogène se reflète principalement dans les transports, production d'électricité, stockage d'énergie, industrie et autres scénarios, parmi lesquels le transport constitue une avancée importante pour la consommation d’énergie hydrogène.

Dès avril 30, 2022, un total de 8,198 les véhicules à pile à combustible ont été connectés à la Plateforme nationale de suivi et de gestion des véhicules à énergies nouvelles. Parmi eux, les bus à pile à combustible sont les plus grands, avec un total de 4,241 connecté, comptabilité 51.73% du total; les véhicules spéciaux sont connectés, comptabilité 3,945, comptabilité 48.12%, y compris les véhicules spéciaux logistiques, véhicules spéciaux d'ingénierie et véhicules spéciaux d'assainissement; et les voitures particulières sont connectées, comptabilité 12, comptabilité 0.15%.

Du point de vue des applications de démonstration de véhicules à pile à combustible, mon pays compte actuellement cinq grands clusters de villes de démonstration, à savoir Pékin-Tianjin-Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei et Zhengzhou. Les cinq principaux pôles de villes de démonstration ont connecté un total de 5,853 véhicules à pile à combustible, comptabilité 71.40% du réseau national d'accès aux véhicules à pile à combustible. Parmi eux, le cluster urbain de Guangdong compte le plus grand nombre de véhicules à pile à combustible connectés, atteindre 2,604.

VI. Capteur de température
1. Application dans les produits de capteurs de température
Il est explosif et volatile en soi. Les principales sources de danger auxquelles est confronté le système hydrogène embarqué dans les véhicules à pile à combustible sont les incendies et les explosions.. Donc, les gens ont soulevé des questions sur la sécurité du système à hydrogène embarqué dans les automobiles. Afin de coordonner les exigences techniques de sécurité des différents pays et de faire mieux connaître les piles à combustible à hydrogène auprès du public, la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe a créé un groupe de travail spécial et rédigé le règlement technique mondial GTR3 “Règlement technique mondial pour les véhicules à pile à combustible à hydrogène”. La sécurité des véhicules à pile à hydrogène est clairement stipulée dans ce règlement technique.

Les ressources en hydrogène sont très bonnes, propre et renouvelable. Prenons l’exemple des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène. La technologie étrangère est assez mature. Il s'agit d'un véhicule à nouvelle énergie entraîné par un moteur électrique et alimenté par l'électricité générée par l'hydrogène par des réactions électrochimiques..

Puisque seule de l’eau est générée après la réaction chimique, l'émission est proche de zéro. Par rapport aux véhicules à énergie nouvelle avec batterie au lithium, les consommateurs n'ont pas de problèmes d'anxiété d'endurance et n'ont pas besoin de changer leurs habitudes d'utilisation. Le processus d'hydrogénation ne prend que 5 minutes, et il n'y a aucun problème de pollution causé par la mise au rebut des batteries de grande capacité après une utilisation à long terme, c'est pourquoi on l'appelle un véhicule à énergie propre.

Cependant, les piles à combustible à hydrogène sont sujettes aux fuites et ont une très large plage d'explosion. C'est actuellement le gaz avec la gamme d'ondes la plus large. Tant qu'il est mélangé à l'air et atteint un rapport de 4% à 75%, il va exploser et appartenir au gaz d'explosion de premier niveau. Donc, provenant des stations de production d'hydrogène, stations de stockage d'hydrogène, véhicules de transport, stations de ravitaillement en hydrogène, aux véhicules à pile à hydrogène, l'hydrogène doit être testé, les fuites sont découvertes le plus tôt possible, les vannes sont immédiatement fermées et des alarmes retentissent pour réduire les risques pour la sécurité.

En outre, pour véhicules à pile à hydrogène, les capteurs d’hydrogène ne peuvent pas seulement être utilisés pour surveiller les fuites d’hydrogène au niveau du réservoir de gaz et de l’extrémité de la cheminée, mais aussi pour détecter la concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement. Les véhicules à pile à combustible peuvent également analyser les performances et le degré de réaction de la pile en temps réel sur la base de ces informations de surveillance., de manière à ajuster les indicateurs d'entrée ou les configurations de données pertinents à temps pour obtenir un fonctionnement sûr et efficace du véhicule.

Donc, Les capteurs de véhicules à pile à combustible à hydrogène sont d'une grande valeur. Il existe principalement des capteurs de fuite de gaz, capteurs de pression, capteurs de température, température, capteurs intégrés d'humidité et de pression, capteurs de débit d'air, etc..

Par exemple, les capteurs d'hydrogène comprennent des sondes sensibles, cartes de circuits imprimées, coques externes et composants structurels associés; l'interface entre le capteur et l'extérieur est principalement une interface de communication, et ces sous-systèmes sont organiquement combinés pour former un composant de capteur d'hydrogène. La fonction principale de l'installation de capteurs d'hydrogène est d'assurer le fonctionnement sûr des véhicules à pile à hydrogène.. Comme nous le savons tous, l'hydrogène est un gaz inflammable et explosif. Pour les véhicules à pile à hydrogène, les capteurs d'hydrogène peuvent détecter lorsque la concentration d'hydrogène dépasse la plage de sécurité et envoyer un signal d'alarme au véhicule à temps. Le système du véhicule prendra immédiatement les mesures de protection de sécurité correspondantes en cas de mise hors tension pour éviter les accidents de sécurité..

Les capteurs d'hydrogène peuvent non seulement être utilisés pour surveiller les fuites d'hydrogène au niveau du réservoir de gaz et à l'extrémité de la cheminée., mais aussi de détecter la concentration en hydrogène dans les gaz d'échappement. Les véhicules à pile à combustible à hydrogène peuvent également analyser les performances et le degré de réaction de la pile en temps réel sur la base de ces informations de surveillance., afin d'ajuster les indicateurs d'entrée ou la configuration des données pertinents à temps pour obtenir un fonctionnement sûr et efficace du véhicule.

Par exemple, les capteurs de température d'hydrogène sont principalement utilisés pour la détection de la pression de l'hydrogène. Il utilise une coque en acier inoxydable 316L, qui peut très bien résister à la fragilisation et à la pénétration de l'hydrogène, et sa fiabilité, la précision et la durabilité sont très élevées, qui peut répondre efficacement aux travaux de mesure de la température des piles à combustible et d'autres sources d'énergie à hydrogène sur le marché. En outre, la pression de service statique du nouveau capteur de température d'hydrogène peut atteindre 160 bars (beaucoup plus élevée que la pression générale requise), et la plage de mesure est de -40 ℃ à +100 °C.

M. Zeng, un fabricant de capteurs de température à hydrogène, dit au chercheur: “La norme nationale contient des exigences relatives à la sécurité de l'hydrogène dans les véhicules à pile à hydrogène.. Le nombre de capteurs d'hydrogène requis pour un véhicule doit être pris en compte en combinaison avec l'aménagement de l'espace., ventilation, sécurité, etc.. En général, il en faut au moins un pour le moteur, réservoir de stockage d'hydrogène, poste de pilotage (à l'intérieur de la voiture), et le tuyau d'échappement en aura également besoin.”

“Il convient de mentionner que les capteurs d'hydrogène sont divisés en de nombreuses spécifications et que les gammes sont également différentes.. Différents modèles de piles à combustible et différentes positions du même modèle ont des exigences différentes pour les capteurs d'hydrogène. Si une résistance à haute température et à l'humidité et une haute précision sont requises, le prix sera plus cher. Basé sur la prise en compte à la fois des besoins en véhicules et de la réduction des coûts, les utilisateurs choisissent généralement des solutions de capteurs d'hydrogène de manière globale. ”

“D'un point de vue technique, les capteurs d'hydrogène automobiles sont différents des capteurs grand public. Ils ont des conditions de fonctionnement très complexes et doivent subir des températures élevées et basses plus sévères avec le véhicule.. Ils doivent également résister aux forces extérieures (comme les vibrations, impact, etc.). Le développement de produits de capteurs d'hydrogène automobiles doit répondre aux exigences et processus de base du développement de produits automobiles., à partir de la description et de l'analyse des exigences du système, et itérer progressivement pour concevoir, analyse, vérification, et essais de véhicules pour garantir l'exhaustivité, fiabilité, et la sécurité du produit. ”

2. Application des canaux de vente de capteurs de température et des ressources humaines
“Le personnel de vente par canal dans l'industrie intermédiaire des piles de batteries et le personnel de vente par canal pour les véhicules à énergie hydrogène et les capteurs de température des piles à combustible à hydrogène ont des canaux et des ressources clients qui se chevauchent.. Le personnel commercial peut établir une connexion transparente en changeant d'emploi dans ces deux secteurs.”

“Notre entreprise de capteurs de température recrute pour les besoins commerciaux des secteurs des piles à combustible à hydrogène et des véhicules à énergie hydrogène., et peut également rechercher avec précision des talents de vente de canaux dans ces secteurs.”

L'équipe commerciale de la société de capteurs de température a analysé que le cycle économique de la première vague de véhicules à hydrogène et de piles à combustible à hydrogène s'ouvre, il n'est donc pas difficile de décider que “Équipe commerciale de l'industrie des véhicules à énergie hydrogène/pile à combustible à hydrogène” peut être préparé et établi. En triant les listes de clients et la répartition régionale des fabricants de véhicules à hydrogène et de piles à hydrogène, l'aménagement régional et le coût de construction de ce “Équipe commerciale de l'industrie des véhicules à énergie hydrogène/pile à combustible à hydrogène” sont clairs.

3. Application à la commercialisation et à la promotion de capteurs de température
Il existe déjà des activités verticales hors ligne visant à promouvoir les piles à combustible à hydrogène et les capteurs de température des véhicules à hydrogène.. Les organisations comprennent l'Association internationale des piles à combustible à hydrogène et la China Hydrogen Energy Alliance., et les activités comprennent la conférence et l'exposition mondiale sur les technologies de l'énergie et de l'hydrogène, etc..

Le principal moyen de promouvoir en ligne les piles à combustible à hydrogène et les capteurs de température des véhicules à hydrogène est le marketing de contenu.. Construire des réseaux PC, Les comptes WeChat et la conduite d'opérations de contenu capables de répondre aux besoins des utilisateurs constituent la compétence de base, et construire un écosystème de marketing de contenu couvrant Baidu, Zhihu, Xiaohongshu, etc.. pour les moteurs de recherche, c'est le grand marché.

4. Application à l'investissement et au financement de capteurs de température
Du point de vue de l’ensemble de la chaîne industrielle de l’énergie hydrogène, les principaux bénéficiaires du capital sont les composants essentiels des piles à combustible à hydrogène, tels que les systèmes de batteries intermédiaires., piles, et électrodes à membrane (CHOSE). Par exemple, vous pouvez envisager de prendre des dispositions précoces pour les capteurs de température pour les piles à combustible à hydrogène. Les entreprises de la chaîne d'approvisionnement de véhicules à énergie hydrogène et les capteurs de température conviennent à un investissement mutuel et servent ensemble des clients communs..