Hydrogen energi industrikjede og temperatursensor

Hydrogenenergi refererer til energien som frigjøres av hydrogen under fysiske og kjemiske endringer, som kan brukes til energilagring, kraftproduksjon, drivstoff til ulike kjøretøy, husholdningsdrivstoff, osv. Hydrogenenergi er også en sekundær energi, grønn og nullutslipp, eller energiform.

[Hydrogen energi industrikjede]
Oppstrøms: hydrogenproduksjon, lagring og transport, drift av hydrogenbensinstasjon;
Midstream: brenselcellesystem og produksjon av deler;
Nedstrøms: hydrogen brenselcelleapplikasjon og mange andre lenker.

PT100 k-type E-type termoelement temperatursensor for kjøretøyer med hydrogenenergi

NTC temperatursensor for hydrogen brenselceller

DS18b20 temperatursensor for kjøretøyer med hydrogenenergi

Produksjonsveien for hydrogen vil variere i henhold til ressursbeholdningen til produksjonsstedet for hydrogen. Hydrogenlagerleddet er hovedsakelig gassformig hydrogenlagring, men utsiktene for lagring av legert hydrogen er gode. Hydrogenbensinstasjonen vil presentere et mønster av sameksistens og komplementaritet mellom sentral hydrogenproduksjon og distribuert hydrogenproduksjon. Mulighetene i brenselcellekoblingen er protonutvekslingsmembraner, lavkostkatalysatorer og hydrogenlagringsflasker. Bilmarkedet er det største i nedstrømsapplikasjonslenken, og markedet for kommersielle kjøretøy med hydrogenbrenselceller forventes å eksplodere først i markedet for bilapplikasjoner.

1. Hydrogenproduksjon
Hydrogenproduksjon er et viktig ledd i industrikjeden for hydrogenenergi. I henhold til produksjonsteknologien, det kan deles inn i fossil energi hydrogenproduksjon, industriell biprodukt hydrogenproduksjon og vannelektrolyse hydrogenproduksjon:
Fossil energi hydrogenproduksjon (også kjent som grå hydrogen) er hovedkilden til hydrogen i mitt land. Den har lave produksjonskostnader, men høye karbonutslipp, som ikke bidrar til realiseringen av mitt lands “3060” mål;

Industrielt biprodukt gass hydrogenproduksjon (dvs. blått hydrogen) refererer hovedsakelig til hydrogenet som oppnås ved produksjon av kjemiske produkter som koksovnsgass, syntetisk ammoniakk, og syntetisk metanol.

Vannelektrolyse hydrogenproduksjon (dvs. grønt hydrogen) slipper ikke ut klimagasser under hydrogenproduksjonsprosessen, og hydrogenrenheten er høy. Det er hovedretningen for hydrogenproduksjon i fremtiden. Imidlertid, dagens strømforbruk til vannelektrolyse hydrogenproduksjon er stort og produksjonskostnadene er høye.

2. Hydrogenlagring og transport
Hydrogenlagring og -transport er et nøkkelledd som begrenser utviklingen av mitt lands hydrogenenergiindustri. Som den letteste gassen i naturen, hydrogen har unike fysiske og kjemiske egenskaper, som gjør lagring og transport svært vanskelig og kostbart, som også har blitt en av grunnene til å hindre utviklingen av hydrogenenergiindustrien. En hydrogenlagringsmetode tilsvarer en hydrogentransportmetode. For tiden, det er fire hovedmåter å lagre og transportere hydrogen på, nemlig, høytrykksgass, lavtemperatur flytende hydrogen, organisk flytende og fast lagring og transport.

I dag, teknologien for høytrykksgassformig hydrogenlagring er moden, og det vil bli den viktigste hydrogenlagringsteknologien som fremmes av mitt land i fremtiden; lagring og transport av flytende hydrogen ved lav temperatur brukes hovedsakelig i romfartsfeltet; organisk væske og fast lagring og transport er fortsatt i forsknings- og demonstrasjonsstadiet.

3. Hydrogen påfyllingsstasjon
Hovedkomponentene til hydrogentankstasjonen er hydrogentankemaskin, hydrogenkompressor (står for ca 30% av totalkostnaden), hydrogenlagringsflaskegruppe, osv. Den nåværende utviklingsretningen for utstyrsproduksjon er å akselerere lokaliseringsprosessen til hydrogenkompressorer, og reduserer dermed byggekostnadene for drivstoffstasjoner for hydrogen.

Fra og med juli 5, 2022, landet mitt har bygget totalt 272 drivstoffstasjoner for hydrogen. Blant dem, Guangdong-provinsen har det største antallet stasjoner, nå 52, og Shandong-provinsen har 29, på andreplass i landet. Antall stasjoner i Jiangsu og Zhejiang er mer enn 20. Blant kommunene, Shanghai har det største antallet stasjoner, nå 15. Beijing har 14. For tiden, bortsett fra Tibet, Qinghai og Gansu, landet mitt har oppnådd full dekning av drivstoffstasjoner for hydrogen. I henhold til planleggingen av antall hydrogenstasjoner, det totale planlagte antallet vil overstige 800 i 2025.

IV. Midtstrøms i industrikjeden for hydrogenenergi
Midt i energikjeden for hydrogen, hovedfokus er på brenselceller og deres åtte nøkkelkomponenter:

1. Brenselcelle
En brenselcelle er en kraftgenereringsenhet som direkte konverterer den kjemiske energien til hydrogen og oksygen til elektrisk energi. Grunnprinsippet er omvendt reaksjon av vannelektrolyse. Brenselceller er mer komplekse enn vanlige litiumbatterisystemer, hovedsakelig bestående av en batteristabel (kjernen i hele batterisystemet) og systemkomponenter (luftkompressor, luftfukter, hydrogen sirkulasjonspumpe, hydrogenlagringsflaskegruppe).
△ Arbeidsprinsippet for brenselcellesystemet-hydrogen og oksygen tilføres henholdsvis anoden og katoden. Etter at hydrogen diffunderer utover gjennom anoden og reagerer med elektrolytten, den frigjør elektroner for å nå katoden gjennom den eksterne belastningen.

2. Åtte nøkkelkomponenter i brenselceller
Innen hydrogenenergi, Nærings- og informasjonsdepartementet deler de åtte nøkkelkomponentene i brenselceller i: brenselcelle stabel, bipolar plate, membranelektrode, protonutvekslingsmembran, katalysator, gassdiffusjonslag, luftkompressor og hydrogensirkulasjonspumpe, som også er nøkkelleddet som landet mitt må overvinne i utviklingen av hydrogenenergiindustrien.

Brenselcelle stabelen, kjernekomponenten i motorsystemet, er stedet hvor hydrogen og oksygen gjennomgår elektrokjemiske reaksjoner og genererer elektrisitet.

Siden utgangseffekten til en enkelt brenselcelleenhet er liten, flere brenselcelleenheter er vanligvis koblet i serie for å danne en stabel for å øke utgangseffekten. Derfor, stabelen er en sammensatt komponent som består av alternerende bipolare plater og membranelektroder, med tetninger innebygd mellom hver monomer, og strammes med skruer etter at fremre og bakre endeplater er presset inn. I prisen for et brenselcellekjøretøy, brenselcellesystemet står for ca 60%, og brenselcellestabelen står for mer enn 62% av kostnadene for brenselcellesystemet, så å redusere kostnadene for brenselcelle-stabelen er nøkkelen til å utvikle brenselcellebilindustrien.

Bipolare plater står for ca 60-80% av massen til brenselcellestabelen, 20-40% av kostnaden, og opptar nesten hele volumet av brenselcelle-stabelen, spiller rollen som å støtte den mekaniske strukturen, jevnt fordelende gass, drenering av vann, lede varme og elektrisitet.

I henhold til forskjellige materialer, bipolare plater kan deles inn i grafitt bipolare plater, metall bipolare plater og kompositt bipolare plater. Bipolare grafittplater – lett vekt, sterk stabilitet og høy korrosjonsbestandighet, men dårlige mekaniske egenskaper. Bipolare metallplater – sterke mekaniske egenskaper, tynn tykkelse, god gassbarriere, men lett å korrodere og kort levetid. Sammensatte bipolare plater – har fordelene med både grafittplater og metallplater, men forberedelsesprosessen er komplisert og kostnadene er høye.

Membranelektroder er hovedsakelig sammensatt av protonutvekslingsmembraner, katalysatorer, rammer og gassdiffusjonslag, og er generelt en syv-lags stablet struktur.

For tiden, ytelsesgapet mellom produkter produsert av innenlandske og utenlandske membranelektrodeprodusenter blir mindre og mindre, og membranelektroder med lave prepareringspriser, høy ytelse og god holdbarhet har også blitt fokus for innenlandske og utenlandske produsenter. Ut fra oppsettet til innenlandske foretak å dømme, utvidelsen av membranelektrodebedrifter vil akselerere etter 2021, og dobbeltsidig direkte beleggingsteknologi og membranelektrodeintegrert støpingsteknologi er i ferd med å bli mainstream.

Protonutvekslingsmembraner har funksjonene til å isolere elektroner, skille de positive og negative polene, og ledende protoner. Produksjonsprosessen er kompleks og har høye tekniske barrierer og kvalifikasjonsbarrierer.

I henhold til fluorinnholdet, protonutvekslingsmembraner kan deles inn i perfluorsulfonsyremembraner, delvis fluorerte polymermembraner, nye ikke-fluorerte polymermembraner, komposittmembraner, osv. Perfluorprotonutvekslingsmembraner er mye brukt på grunn av deres utmerkede termiske stabilitet, kjemisk stabilitet, høy mekanisk styrke og høy grad av industrialisering.

Brenselcellekatalysatorer er delt inn i platinakatalysatorer, lav-platina katalysatorer, og ikke-platinakatalysatorer.

I industriell produksjon av katalysatorer, landet mitt ligger langt bak utlandet og har vært avhengig av import i lang tid. Dette har ikke bare presset opp kostnadene for brenselceller, men også begrenset utviklingen av mitt lands hydrogenenergiindustri. For tiden, lokaliseringsprosessen av brenselcellekatalysatorer i mitt land akselererer. Nylig, produksjonslinjen for brenselcellekatalysator til Zhongzi Environmental Protection er fullført og har bestått aksept. Siden ferdigstillelsen av den miljøvennlige produksjonslinjen, det har stor betydning for at kjernematerialene i brenselcellene går videre mot lokalisering, oppnå teknisk kontroll og redusere kostnader.

Gassdiffusjonslaget er vanligvis sammensatt av et basislag og et mikroporøst lag. Etter at basislaget til gassdiffusjonslaget er hydrofobt, et enkelt eller flere mikroporøse lag er belagt på det for å danne et gassdiffusjonslag. Det spiller en viktig rolle i å støtte det katalytiske laget, samler strøm, lede gass og slippe ut reaksjonsproduktvann i brenselceller.

I henhold til de forskjellige grunnlagene, det kan deles inn i karbonfiberpapirsubstrat, karbonduksubstrat og metallsubstrat. For tiden, de fleste brenselcelleprodusenter bruker gassdiffusjonslagprodukter fra produsenter som Japans Toray, USAs AvCarb, og Tysklands SGL. Imidlertid, mitt lands generelle hydrogenenergi, Jiangsu Hydrogen Power og andre selskaper kan i utgangspunktet benchmarke internasjonale avanserte produkter på teknisk nivå og forventes å oppnå industrialisering.

Hydrogensirkulasjonspumpe, mitt lands vanlige hydrogensirkulasjonsprodukt. Hvis batteristabelen sammenlignes med “hjerte” av brenselcellen, da er hydrogen “blod”, og hydrogensirkulasjonssystemet er “sterkt myokard” for å sikre flyten av “blod”. Hydrogensirkulasjonsprodukter inkluderer hovedsakelig hydrogensirkulasjonspumper og hydrogenejektorer: Sammenlignet med hydrogenejektorer, hydrogensirkulasjonspumper har fordelene med aktiv justerbarhet, rask responshastighet, og bredt arbeidsområde.

Luftkompressorer er sammensatt av kompresjonselementer, sjåfører, og mekanisk utstyr som driver kompressorelementer.

I motsetning til vanlige luftkompressorer, brenselcelle luftkompressorer må oppfylle mange strenge krav som oljefri, lite støy, Høy pålitelighet, høy effektivitet, miniatyrisering, bredt arbeidsområde, god dynamisk responsevne, og god varmestyring. Når det gjelder markedsandeler, graden av lokalisering av brenselcelleluftkompressorer er relativt høy, og ledende innenlandske selskaper inkluderer Kingston, Segatron, osv.

V. Nedstrøms for industrikjeden for hydrogenenergi
I nedstrøms industrikjeden, bruken av hydrogenenergi gjenspeiles hovedsakelig i transport, kraftproduksjon, energilagring, industri og andre scenarier, hvorav transport er et viktig gjennombrudd for energiforbruket av hydrogen.

Fra og med april 30, 2022, totalt 8,198 brenselcellekjøretøyer har blitt koblet til den nasjonale overvåkings- og styringsplattformen for nye energikjøretøyer. Blant dem, brenselcellebusser er de største, med totalt 4,241 tilkoblet, regnskap for 51.73% av totalen; spesialkjøretøy er koblet til, regnskap for 3,945, regnskap for 48.12%, inkludert logistikk spesialkjøretøyer, tekniske spesialkjøretøyer og spesialkjøretøyer for sanitæranlegg; og personbiler er tilkoblet, regnskap for 12, regnskap for 0.15%.

Fra perspektivet til demonstrasjonsapplikasjoner for brenselcellekjøretøyer, landet mitt har for tiden fem store demonstrasjonsbyklynger, nemlig Beijing-Tianjin-Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei og Zhengzhou. De fem store demonstrasjonsbyklyngene har koblet sammen til sammen 5,853 brenselcellebiler, regnskap for 71.40% av den nasjonale brenselcellebiltilgangen. Blant dem, byklyngen i Guangdong har det største antallet brenselcellekjøretøyer tilkoblet, nå 2,604.

VI. Temperatursensor
1. Anvendelse i temperatursensorprodukter
Den er eksplosiv og flyktig i seg selv. De viktigste kildene til fare for hydrogensystemet om bord i brenselcellekjøretøyer er brann og eksplosjon. Derfor, folk har reist spørsmål om sikkerheten til hydrogensystemet om bord i biler. For å koordinere de sikkerhetstekniske kravene til forskjellige land og gjøre publikum mer anerkjent av hydrogenbrenselceller, FNs økonomiske kommisjon for Europa har etablert en spesiell arbeidsgruppe og utarbeidet de globale tekniske forskriftene GTR3 “Globale tekniske forskrifter for drivstoffcellebiler med hydrogen”. Sikkerheten til kjøretøyer med hydrogenbrenselceller er tydelig fastsatt i denne tekniske forskriften.

Hydrogenressursene er veldig gode, ren og fornybar. Ta elektriske kjøretøy med hydrogenbrenselceller som et eksempel. Utenlandsk teknologi er ganske moden. Det er et nytt energikjøretøy drevet av en elektrisk motor og drevet av elektrisitet generert av hydrogenbrensel gjennom elektrokjemiske reaksjoner.

Siden det kun dannes vann etter den kjemiske reaksjonen, utslippet er nær null. Sammenlignet med litiumbatteri nye energikjøretøyer, forbrukere har ikke problemer med utholdenhetsangst og trenger ikke å endre bruksvanene sine. Hydrogeneringsprosessen tar bare 5 minutter, og det er ingen forurensningsproblem forårsaket av kassering av batterier med stor kapasitet etter langvarig bruk, så det kalles et kjøretøy for ren energi.

Imidlertid, hydrogen brenselceller er utsatt for lekkasje og har et meget bredt eksplosjonsområde. Det er for tiden gassen med det bredeste bølgeområdet. Så lenge det er blandet med luft og når et forhold på 4% til 75%, den vil eksplodere og tilhøre eksplosjonsgassen på første nivå. Derfor, fra hydrogenproduksjonsstasjoner, hydrogenlagringsstasjoner, transportkjøretøyer, drivstoffstasjoner for hydrogen, til hydrogenbrenselcellekjøretøyer, hydrogen må testes, lekkasjer oppdages så tidlig som mulig, ventiler slås umiddelbart av og alarmer utløses for å redusere sikkerhetsrisikoer.

I tillegg, for hydrogen brenselcellekjøretøyer, hydrogensensorer kan ikke bare brukes til å overvåke hydrogenlekkasjer ved gasstanken og stabelenden, men også for å påvise konsentrasjonen av hydrogen i avgass. Brenselcellekjøretøyer kan også analysere ytelsen og reaksjonsgraden til stabelen i sanntid basert på denne overvåkingsinformasjonen, for å justere relevante inngangsindikatorer eller datakonfigurasjoner i tide for å oppnå sikker og effektiv drift av kjøretøyet.

Derfor, Brenselcellesensorer for hydrogen er av stor verdi. Det er hovedsakelig gasslekkasjesensorer, trykksensorer, temperatursensorer, temperatur, fuktighet og trykk integrerte sensorer, luftstrømssensorer, osv.

For eksempel, hydrogensensorer inkluderer følsomme sonder, kretskort, eksterne skall og relaterte strukturelle komponenter; grensesnittet mellom sensoren og utsiden er hovedsakelig et kommunikasjonsgrensesnitt, og disse undersystemene er organisk kombinert for å danne en hydrogensensorkomponent. Den primære funksjonen til å installere hydrogensensorer er å sikre sikker drift av hydrogenbrenselcellekjøretøyer. Som vi alle vet, hydrogen er en brennbar og eksplosiv gass. For hydrogen brenselcellekjøretøyer, hydrogensensorer kan oppdage når hydrogenkonsentrasjonen overstiger det sikre området og sende inn et alarmsignal til kjøretøyet i tide. Kjøretøysystemet vil umiddelbart iverksette tilsvarende sikkerhetstiltak for strømavbrudd for å forhindre sikkerhetsulykker.

Hydrogensensorer kan ikke bare brukes til å overvåke hydrogenlekkasje ved gasstanken og stabelenden, men også for å påvise hydrogenkonsentrasjonen i avgassen. Hydrogen brenselcellekjøretøyer kan også analysere ytelsen og reaksjonsgraden til stabelen i sanntid basert på denne overvåkingsinformasjonen, for å justere de relevante inngangsindikatorene eller datakonfigurasjonen i tide for å oppnå sikker og effektiv drift av kjøretøyet.

For eksempel, hydrogentemperatursensorer brukes hovedsakelig for hydrogentrykkdeteksjon. Den bruker et 316L rustfritt stålskall, som kan motstå hydrogensprøhet og penetrering meget godt, og dens pålitelighet, nøyaktighet og holdbarhet er svært høy, som effektivt kan møte temperaturmålingsarbeidet til brenselceller og andre hydrogenenergikilder på markedet. I tillegg, det statiske arbeidstrykket til den nye hydrogentemperatursensoren kan nå 160 bar (mye høyere enn det generelle trykkkravet), og måleområdet er -40℃ til +100°C.

Mr. Zeng, en produsent av hydrogentemperatursensorer, fortalte forskeren: “Den nasjonale standarden har krav til hydrogensikkerhet for hydrogenbrenselcellekjøretøyer. Antall hydrogensensorer som kreves for et kjøretøy bør vurderes i kombinasjon med plassutforming, ventilasjon, sikkerhet, osv. Generelt sett, minst én er nødvendig for motoren, lagertank for hydrogen, cockpit (inne i bilen), og enderøret vil også trenge en.”

“Det er verdt å nevne at hydrogensensorer er delt inn i mange spesifikasjoner og rekkeviddene er også forskjellige. Ulike brenselcellemodeller og ulike posisjoner av samme modell har ulike krav til hydrogensensorer. Hvis det kreves motstand mot høy temperatur og fuktighet og høy presisjon, prisen blir dyrere. Basert på å vurdere både kjøretøybehov og kostnadsreduksjon, brukere velger generelt hydrogensensorløsninger på en omfattende måte. ”

“Fra et teknisk perspektiv, hydrogensensorer for biler er forskjellige fra forbrukersensorer. De har svært komplekse driftsforhold og trenger å oppleve mer alvorlige høye og lave temperaturer sammen med kjøretøyet. De må også motstå ytre krefter (som vibrasjon, påvirkning, etc.). Utviklingen av automotive hydrogensensorprodukter må oppfylle de grunnleggende kravene og prosessene for bilproduktutvikling, med utgangspunkt i systemkravbeskrivelse og analyse, og gradvis iterasjon til design, analyse, bekreftelse, og kjøretøytesting for å sikre helheten, pålitelighet, og sikkerheten til produktet. ”

2. Anvendelse av temperatursensor salgskanaler og menneskelige ressurser
“Kanalsalgspersonell i midtstrøms batteristabelindustri og kanalsalgspersonell for hydrogenenergikjøretøyer og hydrogenbrenselcelletemperatursensorer har overlappende kanaler og overlappende kunderessurser. Salgspersonellet kan oppnå sømløs forbindelse ved å bytte jobb i disse to bransjene.”

“Vårt temperatursensorfirma rekrutterer for salgsbehovene til hydrogenbrenselcelle- og hydrogenbilindustrien, og kan også søke nøyaktig etter kanalsalgstalenter i disse bransjene.”

Salgsteamet til temperatursensorselskapet analyserte at forretningssyklusen til den første bølgen av hydrogenenergikjøretøyer og hydrogenbrenselceller åpner, så det er ikke vanskelig å bestemme at “salgsteam for hydrogen energi kjøretøy/hydrogen brenselcelle industri” kan utarbeides og etableres. Ved å sortere ut kundelistene og regional distribusjon av hydrogen energi kjøretøy og hydrogen brenselcelle produsenter, den regionale utformingen og byggekostnaden for denne “salgsteam for hydrogen energi kjøretøy/hydrogen brenselcelle industri” er klare.

3. Anvendelse i markedsføring og promotering av temperatursensorer
Det er allerede vertikale offlineaktiviteter for å fremme hydrogenbrenselceller og temperatursensorer for hydrogenenergibiler. Organisasjoner inkluderer International Hydrogen Fuel Cell Association og China Hydrogen Energy Alliance, og aktiviteter inkluderer World Hydrogen Energy Technology Conference and Exhibition, osv.

Den viktigste måten å markedsføre hydrogenbrenselceller og temperatursensorer for kjøretøy med hydrogenenergi på er innholdsmarkedsføring. Bygge PC-nettverk, WeChat-kontoer og gjennomføring av innholdsoperasjoner som kan løse brukerbehov er den grunnleggende ferdigheten, og bygge et innholdsmarkedsføringsøkosystem som dekker Baidu, Zhihu, Xiaohongshu, osv. for søkemotorer er det store markedet.

4. Anvendelse innen investering og finansiering av temperaturfølere
Fra perspektivet til hele hydrogenenergiindustriens kjede, de største fordelene av kapital er kjernekomponentene i hydrogenbrenselceller, for eksempel midtstrøms batterisystemer, stabler, og membranelektroder (Noe). For eksempel, du kan vurdere å gjøre tidlig ordninger for temperatursensorer for hydrogen brenselceller. Hydrogen energi kjøretøy forsyningskjede selskaper og temperatursensorer er egnet for gjensidig investering og betjene felles kunder sammen.