Cadeia da indústria de energia de hidrogênio e sensor de temperatura

A energia do hidrogênio refere-se à energia liberada pelo hidrogênio durante as mudanças físicas e químicas, que pode ser usado para armazenamento de energia, geração de energia, combustível para vários veículos, combustível doméstico, etc.. A energia do hidrogênio também é uma energia secundária, verde e com emissão zero, ou forma de energia.

[Cadeia da indústria de energia de hidrogênio]
A montante: produção de hidrogênio, armazenamento e transporte, operação de estação de reabastecimento de hidrogênio;
Meio caminho: sistema de célula de combustível e fabricação de peças;
A jusante: aplicação de célula de combustível de hidrogênio e muitos outros links.

Sensor de temperatura termopar tipo E PT100 k para veículos movidos a energia de hidrogênio

Sensor de temperatura NTC para células a combustível de hidrogênio

Sensor de temperatura DS18b20 para veículos movidos a hidrogênio

O caminho de produção de hidrogénio irá variar de acordo com a dotação de recursos do local de produção de hidrogénio. O link de armazenamento de hidrogênio é principalmente armazenamento de hidrogênio gasoso, mas as perspectivas para o armazenamento de ligas de hidrogénio são boas. A ligação da estação de abastecimento de hidrogénio apresentará um padrão de coexistência e complementaridade entre a produção central de hidrogénio e a produção distribuída de hidrogénio. As oportunidades na ligação da célula de combustível são membranas de troca de prótons, catalisadores de baixo custo e garrafas de armazenamento de hidrogênio. O mercado automotivo é o maior no link de aplicação downstream, e espera-se que o mercado de veículos comerciais com células de combustível de hidrogênio exploda primeiro no mercado de aplicações automotivas.

1. Produção de hidrogênio
A produção de hidrogénio é um elo importante na cadeia da indústria energética do hidrogénio. De acordo com a tecnologia de produção, pode ser dividido em produção de hidrogênio por energia fóssil, produção de hidrogênio de subprodutos industriais e produção de hidrogênio por eletrólise de água:
Produção de hidrogênio de energia fóssil (também conhecido como hidrogênio cinza) é a principal fonte de hidrogénio no meu país. Possui baixo custo de produção, mas altas emissões de carbono, o que não é propício à realização dos objectivos do meu país “3060” meta;

Produção de hidrogênio de gás subproduto industrial (ou seja. hidrogênio azul) refere-se principalmente ao hidrogênio obtido na produção de produtos químicos, como gás de coqueria, amônia sintética, e metanol sintético.

Produção de hidrogênio por eletrólise de água (ou seja. hidrogênio verde) não emite gases de efeito estufa durante o processo de produção de hidrogênio, e a pureza do hidrogênio é alta. É a principal direção da produção de hidrogênio no futuro. No entanto, o atual consumo de eletricidade da produção de hidrogênio por eletrólise de água é grande e o custo de produção é alto.

2. Armazenamento e transporte de hidrogênio
O armazenamento e o transporte de hidrogénio são um elo fundamental que restringe o desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio no meu país. Como o gás mais leve da natureza, o hidrogênio tem propriedades físicas e químicas únicas, o que torna o armazenamento e o transporte muito difíceis e dispendiosos, o que também se tornou uma das razões que impedem o desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio. Um método de armazenamento de hidrogênio corresponde a um método de transporte de hidrogênio. Atualmente, existem quatro maneiras principais de armazenar e transportar hidrogênio, nomeadamente, gás de alta pressão, hidrogênio líquido de baixa temperatura, armazenamento e transporte orgânico de líquidos e sólidos.

Hoje, a tecnologia de armazenamento de hidrogênio gasoso de alta pressão está madura, e se tornará a principal tecnologia de armazenamento de hidrogênio promovida pelo meu país no futuro; o armazenamento e transporte de hidrogênio líquido em baixa temperatura é usado principalmente no campo aeroespacial; o armazenamento e transporte de líquidos e sólidos orgânicos ainda estão em fase de pesquisa e demonstração.

3. Estação de reabastecimento de hidrogênio
Os principais componentes da estação de reabastecimento de hidrogênio são a máquina de reabastecimento de hidrogênio, compressor de hidrogênio (contabilizando cerca de 30% do custo total), grupo de garrafas de armazenamento de hidrogênio, etc.. A atual direção de desenvolvimento da fabricação de equipamentos é acelerar o processo de localização de compressores de hidrogênio, reduzindo assim o custo de construção de estações de reabastecimento de hidrogénio.

A partir de julho 5, 2022, meu país construiu um total de 272 estações de reabastecimento de hidrogênio. Entre eles, A província de Guangdong tem o maior número de estações, alcançando 52, e a província de Shandong tem 29, ocupando o segundo lugar no país. O número de estações em Jiangsu e Zhejiang é mais do que 20. Entre os municípios, Xangai tem o maior número de estações, alcançando 15. Pequim tem 14. Atualmente, exceto o Tibete, Qinghai e Gansu, o meu país alcançou cobertura total de postos de abastecimento de hidrogénio. De acordo com o planejamento do número de postos de abastecimento de hidrogênio, o número total planejado excederá 800 em 2025.

4. Midstream da cadeia da indústria de energia de hidrogênio
No meio da cadeia da indústria de energia do hidrogênio, o foco principal está nas células de combustível e seus oito componentes principais:

1. Célula de combustível
Uma célula de combustível é um dispositivo de geração de energia que converte diretamente a energia química do hidrogênio e do oxigênio em energia elétrica.. O princípio básico é a reação reversa da eletrólise da água. As células de combustível são mais complexas que os sistemas comuns de baterias de lítio, consistindo principalmente em uma pilha de baterias (o núcleo de todo o sistema de bateria) e componentes do sistema (compressor de ar, umidificador, bomba de circulação de hidrogênio, grupo de garrafas de armazenamento de hidrogênio).
△ Princípio de funcionamento do sistema de célula de combustível - hidrogênio e oxigênio são fornecidos ao ânodo e ao cátodo, respectivamente. Depois que o hidrogênio se difunde para fora através do ânodo e reage com o eletrólito, ele libera elétrons para alcançar o cátodo através da carga externa.

2. Oito componentes principais das células de combustível
No campo da energia do hidrogênio, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação divide os oito componentes principais das células de combustível em: pilha de células de combustível, placa bipolar, eletrodo de membrana, membrana de troca de prótons, catalisador, camada de difusão de gás, compressor de ar e bomba de circulação de hidrogênio, que é também o elo fundamental que o meu país precisa de superar no desenvolvimento da indústria energética do hidrogénio.

A pilha de células de combustível, o componente principal do sistema do motor, é o local onde o hidrogênio e o oxigênio sofrem reações eletroquímicas e geram eletricidade.

Como a potência de saída de uma única unidade de célula de combustível é pequena, múltiplas unidades de células de combustível são geralmente conectadas em série para formar uma pilha para aumentar a potência de saída. Portanto, a pilha é um componente composto composto por placas bipolares alternadas e eletrodos de membrana, com selos embutidos entre cada monômero, e apertado com parafusos após as placas frontais e traseiras serem pressionadas. No custo de um veículo com célula de combustível, o sistema de célula de combustível é responsável por cerca de 60%, e a pilha de células de combustível é responsável por mais de 62% do custo do sistema de célula de combustível, portanto, reduzir o custo da pilha de células de combustível é a chave para o desenvolvimento da indústria de veículos com células de combustível.

As placas bipolares representam cerca de 60-80% da massa da pilha de células de combustível, 20-40% do custo, e ocupam quase todo o volume da pilha de células de combustível, desempenhando o papel de apoiar a estrutura mecânica, distribuindo uniformemente o gás, drenagem de água, conduzindo calor e eletricidade.

De acordo com diferentes materiais, placas bipolares podem ser divididas em placas bipolares de grafite, placas bipolares metálicas e placas bipolares compostas. Placas bipolares de grafite – peso leve, forte estabilidade e alta resistência à corrosão, mas propriedades mecânicas pobres. Placas bipolares metálicas – fortes propriedades mecânicas, espessura fina, boa barreira de gás, mas fácil de corroer e vida curta. Placas bipolares compostas – têm as vantagens das placas de grafite e das placas de metal, mas o processo de preparação é complicado e o custo é alto.

Eletrodos de membrana são compostos principalmente de membranas de troca de prótons, catalisadores, quadros e camadas de difusão de gás, e são geralmente uma estrutura empilhada de sete camadas.

Atualmente, a diferença de desempenho entre os produtos produzidos por fabricantes nacionais e estrangeiros de eletrodos de membrana está ficando cada vez menor, e eletrodos de membrana com baixos preços de preparação, alto desempenho e boa durabilidade também se tornaram o foco dos fabricantes nacionais e estrangeiros. A julgar pelo layout das empresas nacionais, a expansão das empresas de eletrodos de membrana acelerará após 2021, e a tecnologia de revestimento direto frente e verso e a tecnologia de moldagem integrada com eletrodo de membrana estão se tornando populares.

As membranas de troca de prótons têm a função de isolar elétrons, separando os pólos positivo e negativo, e conduzindo prótons. O processo de fabricação é complexo e apresenta altas barreiras técnicas e de qualificação.

De acordo com o teor de flúor, membranas de troca de prótons podem ser divididas em membranas de ácido perfluorossulfônico, membranas poliméricas parcialmente fluoradas, novas membranas de polímero não fluorado, membranas compostas, etc.. Membranas perfluoro de troca de prótons são amplamente utilizadas devido à sua excelente estabilidade térmica, estabilidade química, alta resistência mecânica e alto grau de industrialização.

Os catalisadores de células de combustível são divididos em catalisadores de platina, catalisadores com baixo teor de platina, e catalisadores sem platina.

Na produção industrial de catalisadores, o meu país está muito atrás dos países estrangeiros e depende das importações há muito tempo. Isto não só aumentou o custo das células de combustível, mas também restringiu o desenvolvimento da indústria de energia de hidrogénio do meu país. Atualmente, o processo de localização de catalisadores de células de combustível no meu país está a acelerar. Recentemente, a linha de produção de catalisador de célula de combustível da Proteção Ambiental de Zhongzi foi concluída e passou com sucesso na aceitação. Desde a conclusão da linha de produção ecologicamente correta, é de grande importância para os materiais centrais das células de combustível avançarem em direção à localização, alcançar o controle técnico e reduzir custos.

A camada de difusão de gás é geralmente composta por uma camada base e uma camada microporosa. Depois que a camada base da camada de difusão de gás é hidrofóbica, uma única ou múltiplas camadas microporosas são revestidas para formar uma camada de difusão de gás. Desempenha um papel importante no suporte da camada catalítica, coletando corrente, conduzindo gás e descarregando água do produto de reação em células de combustível.

De acordo com as diferentes camadas de base, pode ser dividido em substrato de papel de fibra de carbono, substrato de tecido de carbono e substrato de metal. Atualmente, a maioria dos fabricantes de células de combustível usa produtos de camada de difusão de gás de fabricantes como a japonesa Toray, Estados Unidos AvCarb, e SGL da Alemanha. No entanto, Energia Geral de Hidrogênio do meu país, A Jiangsu Hydrogen Power e outras empresas podem basicamente avaliar produtos avançados internacionais no nível técnico e espera-se que alcancem a industrialização.

Bomba de circulação de hidrogênio, o principal produto de circulação de hidrogênio do meu país. Se a pilha de baterias for comparada com a “coração” da célula de combustível, então o hidrogênio é o “sangue”, e o sistema de circulação de hidrogênio é o “miocárdio forte” para garantir o fluxo de “sangue”. Os produtos de circulação de hidrogênio incluem principalmente bombas de circulação de hidrogênio e ejetores de hidrogênio: Comparado com ejetores de hidrogênio, as bombas de circulação de hidrogênio têm as vantagens do ajuste ativo, velocidade de resposta rápida, e ampla faixa de trabalho.

Os compressores de ar são compostos por elementos de compressão, motoristas, e equipamentos mecânicos que acionam os elementos do compressor.

Ao contrário dos compressores de ar comuns, Os compressores de ar com célula de combustível precisam atender a muitos requisitos rigorosos, como isentos de óleo, baixo ruído, alta fiabilidade, alta eficiência, miniaturização, ampla faixa de trabalho, boa capacidade de resposta dinâmica, e bom gerenciamento térmico. Em termos de participação de mercado, o grau de localização dos compressores de ar de célula de combustível é relativamente alto, e as principais empresas nacionais incluem Kingston, Segatron, etc..

V. A jusante da cadeia da indústria energética do hidrogénio
A jusante da cadeia da indústria, a aplicação da energia do hidrogênio se reflete principalmente no transporte, geração de energia, armazenamento de energia, indústria e outros cenários, entre os quais o transporte é um avanço importante para o consumo de energia de hidrogênio.

A partir de abril 30, 2022, um total de 8,198 veículos a pilha de combustível foram ligados à Plataforma Nacional de Monitorização e Gestão de Veículos de Novas Energias. Entre eles, ônibus com célula de combustível são os maiores, com um total de 4,241 conectado, contabilidade para 51.73% do total; veículos especiais estão conectados, contabilidade para 3,945, contabilidade para 48.12%, incluindo veículos especiais de logística, veículos especiais de engenharia e veículos especiais de saneamento; e automóveis de passageiros estão conectados, contabilidade para 12, contabilidade para 0.15%.

Da perspectiva das aplicações de demonstração de veículos com células de combustível, meu país tem atualmente cinco grandes aglomerados de cidades de demonstração, nomeadamente Pequim-Tianjin-Hebei, Xangai, Guangdong, Hebei e Zhengzhou. Os cinco principais clusters de cidades de demonstração conectaram um total de 5,853 veículos com células de combustível, contabilidade para 71.40% do acesso nacional de veículos com célula de combustível. Entre eles, o cluster da cidade de Guangdong tem o maior número de veículos com células de combustível conectados, alcançando 2,604.

Vi. Sensor de temperatura
1. Aplicação em produtos sensores de temperatura
É explosivo e volátil por si só. As principais fontes de perigo enfrentadas pelo sistema de hidrogénio a bordo dos veículos com células de combustível são incêndio e explosão. Portanto, pessoas levantaram questões sobre a segurança do sistema de hidrogênio a bordo dos automóveis. A fim de coordenar os requisitos técnicos de segurança de vários países e tornar o público mais reconhecido pelas células de combustível de hidrogénio, a Comissão Económica das Nações Unidas para a Europa criou um grupo de trabalho especial e elaborou os regulamentos técnicos globais GTR3 “Regulamentos Técnicos Globais para Veículos com Célula de Combustível de Hidrogênio”. A segurança dos veículos com células de combustível a hidrogénio está claramente estipulada neste regulamento técnico.

Os recursos de hidrogênio são muito bons, limpo e renovável. Tomemos como exemplo os veículos elétricos com células de combustível de hidrogênio. A tecnologia estrangeira está bastante madura. É um veículo de nova energia movido por um motor elétrico e alimentado por eletricidade gerada por combustível de hidrogênio por meio de reações eletroquímicas..

Como apenas água é gerada após a reação química, a emissão é próxima de zero. Comparado com veículos de energia nova com bateria de lítio, os consumidores não têm problemas de ansiedade de resistência e não precisam mudar seus hábitos de uso. O processo de hidrogenação leva apenas 5 minutos, e não há problema de poluição causado pelo desmantelamento de baterias de grande capacidade após uso prolongado, por isso é chamado de veículo de energia limpa.

No entanto, células a combustível de hidrogênio são propensas a vazamentos e têm um amplo alcance de explosão. Atualmente é o gás com maior alcance de onda. Desde que seja misturado com ar e atinja uma proporção de 4% para 75%, ele explodirá e pertencerá ao gás de explosão de primeiro nível. Portanto, de estações de produção de hidrogênio, estações de armazenamento de hidrogênio, veículos de transporte, estações de reabastecimento de hidrogênio, para veículos com células de combustível de hidrogénio, hidrogênio precisa ser testado, vazamentos são descobertos o mais cedo possível, as válvulas são imediatamente desligadas e os alarmes soam para reduzir os riscos de segurança.

Além disso, para veículos com célula de combustível de hidrogênio, sensores de hidrogênio não podem ser usados ​​apenas para monitorar vazamentos de hidrogênio no tanque de gás e na extremidade da pilha, mas também para detectar a concentração de hidrogênio nos gases de escape. Os veículos com células de combustível também podem analisar o desempenho e o grau de reação da pilha em tempo real com base nessas informações de monitoramento., de modo a ajustar indicadores de entrada relevantes ou configurações de dados a tempo de alcançar uma operação segura e eficiente do veículo.

Portanto, sensores de veículos com célula de combustível de hidrogênio são de grande valor. Existem principalmente sensores de vazamento de gás, sensores de pressão, sensores de temperatura, temperatura, sensores integrados de umidade e pressão, sensores de fluxo de ar, etc..

Por exemplo, sensores de hidrogênio incluem sondas sensíveis, placas de circuito, invólucros externos e componentes estruturais relacionados; a interface entre o sensor e o exterior é principalmente uma interface de comunicação, e esses subsistemas são combinados organicamente para formar um componente sensor de hidrogênio. A principal função da instalação de sensores de hidrogênio é garantir a operação segura de veículos com células de combustível de hidrogênio. Como todos sabemos, o hidrogênio é um gás inflamável e explosivo. Para veículos com célula de combustível de hidrogênio, sensores de hidrogênio podem detectar quando a concentração de hidrogênio excede a faixa segura e enviar um sinal de alarme para o veículo a tempo. O sistema do veículo tomará imediatamente as medidas de proteção de segurança de desligamento correspondentes para evitar acidentes de segurança.

Os sensores de hidrogênio não podem ser usados ​​apenas para monitorar o vazamento de hidrogênio no tanque de gás e na extremidade da pilha, mas também para detectar a concentração de hidrogênio nos gases de escape. Os veículos com células de combustível de hidrogênio também podem analisar o desempenho e o grau de reação da pilha em tempo real com base nessas informações de monitoramento, de modo a ajustar os indicadores de entrada relevantes ou a configuração de dados a tempo de alcançar uma operação segura e eficiente do veículo.

Por exemplo, sensores de temperatura de hidrogênio são usados ​​principalmente para detecção de pressão de hidrogênio. Ele usa uma carcaça de aço inoxidável 316L, que pode resistir muito bem à fragilização e penetração do hidrogênio, e sua confiabilidade, precisão e durabilidade são muito altas, que pode efetivamente atender ao trabalho de medição de temperatura de células de combustível e outras fontes de energia de hidrogênio no mercado. Além disso, a pressão estática de trabalho do novo sensor de temperatura de hidrogênio pode chegar a 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, ventilação, segurança, etc.. De um modo geral, 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, o preço será mais caro. Com base na consideração das necessidades do veículo e na redução de custos, os usuários geralmente escolhem soluções de sensores de hidrogênio de maneira abrangente. ”

“De uma perspectiva técnica, sensores de hidrogênio automotivos são diferentes dos sensores de consumo. Eles têm condições operacionais muito complexas e precisam enfrentar temperaturas altas e baixas mais severas junto com o veículo. Eles também precisam resistir a forças externas (como vibração, impacto, etc.). O desenvolvimento de produtos de sensores de hidrogênio automotivos precisa atender aos requisitos e processos básicos de desenvolvimento de produtos automotivos, começando pela descrição e análise dos requisitos do sistema, e iterando gradualmente para projetar, análise, verificação, e testes de veículos para garantir a abrangência, confiabilidade, e segurança do produto. ”

2. Aplicação de canais de vendas de sensores de temperatura e recursos humanos
“O pessoal de vendas do canal na indústria de pilhas de baterias intermediárias e o pessoal de vendas do canal para veículos movidos a energia de hidrogênio e sensores de temperatura de células de combustível de hidrogênio têm canais e recursos de clientes sobrepostos. O pessoal de vendas pode conseguir uma conexão perfeita trocando de emprego nesses dois setores.”

“Nossa empresa de sensores de temperatura recruta para as necessidades de vendas das indústrias de células de combustível de hidrogênio e veículos movidos a energia de hidrogênio, e também pode pesquisar com precisão talentos de vendas de canais nesses setores.”

A equipe de vendas da empresa de sensores de temperatura analisou que o ciclo de negócios da primeira onda de veículos movidos a hidrogênio e células a combustível de hidrogênio está se abrindo, então não é difícil decidir que o “Veículo de energia de hidrogênio/equipe de vendas da indústria de células de combustível de hidrogênio” pode ser preparado e estabelecido. Ao classificar as listas de clientes e a distribuição regional de fabricantes de veículos movidos a energia de hidrogênio e células de combustível de hidrogênio, o layout regional e o custo de construção deste “Veículo de energia de hidrogênio/equipe de vendas da indústria de células de combustível de hidrogênio” são claros.

3. Aplicação na comercialização e promoção de sensores de temperatura
Já existem atividades off-line verticais para promover células de combustível de hidrogênio e sensores de temperatura de veículos com energia de hidrogênio. As organizações incluem a Associação Internacional de Células de Combustível de Hidrogênio e a Aliança de Energia de Hidrogênio da China, e as atividades incluem a Conferência e Exposição Mundial de Tecnologia de Energia de Hidrogênio, etc..

A principal forma de promover células de combustível de hidrogênio e sensores de temperatura de veículos com energia de hidrogênio on-line é o marketing de conteúdo. Construindo redes de PC, Contas WeChat e condução de operações de conteúdo que podem atender às necessidades do usuário são as habilidades básicas, e construir um ecossistema de marketing de conteúdo cobrindo o Baidu, Zhihu, Xiaohongshu, etc.. para mecanismos de pesquisa é o grande mercado.

4. Aplicação em investimento e financiamento de sensores de temperatura
Da perspectiva de toda a cadeia da indústria energética do hidrogénio, os maiores beneficiários do capital são os componentes principais das células de combustível de hidrogênio, como os sistemas de bateria intermediários, pilhas, e eletrodos de membrana (COISA). Por exemplo, você pode considerar fazer arranjos antecipados para sensores de temperatura para células a combustível de hidrogênio. Hydrogen energy vehicle supply chain companies and temperature sensors are suitable for mutual investment and serving common customers together.