Veriga in temperaturni senzor v industriji vodika

Energija vodika se nanaša na energijo, ki jo sprošča vodik med fizikalnimi in kemičnimi spremembami, ki se lahko uporablja za shranjevanje energije, pridobivanje električne energije, goriva za različna vozila, gospodinjsko gorivo, itd. Tudi vodikova energija je sekundarna energija, zelena in brez emisij, ali obliki energije.

[Industrijska veriga vodikove energije]
Gorvodno: proizvodnja vodika, skladiščenje in transport, delovanje postaje za oskrbo z vodikom;
Srednji tok: sistem gorivnih celic in proizvodnja delov;
Dolvodno: uporaba vodikovih gorivnih celic in številne druge povezave.

PT100 tipa k s termočlenom tipa E za vozila na vodikov pogon

Temperaturni senzor NTC za vodikove gorivne celice

Senzor temperature DS18b20 za vozila na vodikov pogon

Pot proizvodnje vodika se bo razlikovala glede na vire, ki jih ima lokacija za proizvodnjo vodika. Povezava za shranjevanje vodika je predvsem plinasto shranjevanje vodika, vendar so možnosti za shranjevanje vodika v zlitinah dobre. Povezava do črpalne postaje za vodik bo predstavljala vzorec soobstoja in komplementarnosti med centralno proizvodnjo vodika in porazdeljeno proizvodnjo vodika.. Priložnosti v povezavi gorivnih celic so membrane za izmenjavo protonov, nizkocenovni katalizatorji in jeklenke za shranjevanje vodika. Avtomobilski trg je največji na spodnji povezavi aplikacij, trg gospodarskih vozil na vodikove gorivne celice pa naj bi najprej eksplodiral na trgu avtomobilskih aplikacij.

1. Proizvodnja vodika
Proizvodnja vodika je pomemben člen v verigi industrije vodikove energije. Glede na proizvodno tehnologijo, lahko ga razdelimo na proizvodnjo vodika iz fosilne energije, proizvodnja vodika pri industrijskih stranskih produktih in proizvodnja vodika z elektrolizo vode:
Fosilna energija Proizvodnja vodika (znan tudi kot sivi vodik) je glavni vir vodika v moji državi. Ima nizke proizvodne stroške, vendar visoke emisije ogljika, ki ni naklonjen uresničitvi moje države “3060” cilj;

Proizvodnja stranskega industrijskega plina vodika (tj. modri vodik) v glavnem se nanaša na vodik, pridobljen pri proizvodnji kemičnih izdelkov, kot je koksarniški plin, sintetični amoniak, in sintetični metanol.

Proizvodnja vodika z elektrolizo vode (tj. zeleni vodik) ne oddaja toplogrednih plinov med procesom proizvodnje vodika, in čistost vodika je visoka. To je glavna usmeritev proizvodnje vodika v prihodnosti. Vendar, trenutna poraba električne energije pri proizvodnji vodika z elektrolizo vode je velika in stroški proizvodnje so visoki.

2. Shranjevanje in transport vodika
Skladiščenje in transport vodika je ključna povezava, ki omejuje razvoj industrije vodikove energije v moji državi. Kot najlažji plin v naravi, vodik ima edinstvene fizikalne in kemijske lastnosti, zaradi česar sta skladiščenje in transport zelo težavna in draga, kar je postalo tudi eden od razlogov za zaviranje razvoja industrije vodikove energije. Metoda shranjevanja vodika ustreza metodi transporta vodika. Trenutno, obstajajo štirje glavni načini za shranjevanje in transport vodika, namreč, visokotlačni plin, nizkotemperaturni tekoči vodik, skladiščenje in prevoz organskih tekočin in trdnih snovi.

Danes, tehnologija visokotlačnega shranjevanja plinastega vodika je zrela, in bo postala glavna tehnologija za shranjevanje vodika, ki jo bo spodbujala moja država v prihodnosti; skladiščenje in transport nizkotemperaturnega tekočega vodika se uporablja predvsem v vesoljskem področju; skladiščenje in transport organskih tekočin in trdnih snovi sta še v fazi raziskav in demonstracij.

3. Črpalka za vodik
Glavni sestavni deli postaje za polnjenje vodika so stroj za polnjenje vodika, vodikov kompresor (obračunavanje približno 30% skupnih stroškov), skupina steklenic za shranjevanje vodika, itd. Trenutna smer razvoja proizvodnje opreme je pospešitev procesa lokalizacije vodikovih kompresorjev, s čimer se zmanjšajo stroški gradnje postaj za oskrbo z vodikom.

Od julija 5, 2022, moja država je zgradila skupno 272 postaje za oskrbo z vodikom. Med njimi, Provinca Guangdong ima največje število postaj, doseganje 52, in provinca Shandong ima 29, mesto na drugem mestu v državi. Število postaj v Jiangsu in Zhejiang je več kot 20. Med občinami, Šanghaj ima največje število postaj, doseganje 15. Peking ima 14. Trenutno, razen Tibeta, Qinghai in Gansu, moja država je dosegla popolno pokritost s črpalkami za dolivanje vodika. Glede na načrtovanje števila bencinskih postaj za vodik, bo skupno načrtovano število preseglo 800 v 2025.

Iv. Sredina verige industrije vodikove energije
Na sredini verige industrije vodikove energije, glavni poudarek je na gorivnih celicah in njihovih osmih ključnih komponentah:

1. Gorivna celica
Gorivna celica je naprava za proizvodnjo električne energije, ki neposredno pretvarja kemično energijo vodika in kisika v električno energijo. Osnovno načelo je obratna reakcija elektrolize vode. Gorivne celice so bolj zapletene kot običajni sistemi litijevih baterij, v glavnem sestavljen iz baterije (jedro celotnega akumulatorskega sistema) in sistemske komponente (zračni kompresor, vlažilec zraka, vodikova obtočna črpalka, skupina steklenic za shranjevanje vodika).
△ Načelo delovanja sistema gorivnih celic - vodik in kisik se dovajata na anodo oziroma katodo. Ko vodik difundira navzven skozi anodo in reagira z elektrolitom, sprošča elektrone, da dosežejo katodo skozi zunanjo obremenitev.

2. Osem ključnih komponent gorivnih celic
Na področju vodikove energetike, Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo deli osem ključnih komponent gorivnih celic na: sklop gorivnih celic, bipolarna plošča, membranska elektroda, membrana za izmenjavo protonov, katalizator, plinsko difuzijska plast, zračni kompresor in obtočna črpalka vodika, kar je tudi ključna povezava, ki jo mora moja država preseči pri razvoju industrije vodikove energije.

Sklop gorivnih celic, osrednja komponenta motornega sistema, je kraj, kjer potekata elektrokemična reakcija vodika in kisika in ustvarjata elektriko.

Ker je izhodna moč posamezne enote gorivne celice majhna, več enot gorivnih celic je običajno povezanih zaporedno, da tvorijo sklad za povečanje izhodne moči. Zato, sklad je sestavljena komponenta, sestavljena iz izmeničnih bipolarnih plošč in membranskih elektrod, s tesnili, vgrajenimi med vsak monomer, in privijte z vijaki, potem ko ste pritisnili sprednjo in zadnjo končno ploščo. V stroških vozila z gorivnimi celicami, sistem gorivnih celic predstavlja približno 60%, in sklad gorivnih celic predstavlja več kot 62% stroškov sistema gorivnih celic, zato je zmanjšanje stroškov sklopa gorivnih celic ključno za razvoj industrije vozil na gorivne celice.

Bipolarne plošče predstavljajo približno 60-80% mase sklada gorivnih celic, 20-40% stroškov, in skoraj zavzamejo celotno prostornino sklada gorivnih celic, igra vlogo podpore mehanske strukture, enakomerno porazdelitev plina, odvajanje vode, prevajanje toplote in elektrike.

Glede na različne materiale, bipolarne plošče lahko razdelimo na grafitne bipolarne plošče, kovinske bipolarne plošče in kompozitne bipolarne plošče. Grafitne bipolarne plošče – lahka teža, močna stabilnost in visoka odpornost proti koroziji, vendar slabe mehanske lastnosti. Kovinske bipolarne plošče – močne mehanske lastnosti, tanka debelina, dobra plinska zapora, vendar enostaven za korozijo in kratko življenjsko dobo. Kompozitne bipolarne plošče – imajo prednosti grafitnih plošč in kovinskih plošč, vendar je postopek priprave zapleten in strošek visok.

Membranske elektrode so v glavnem sestavljene iz membran za izmenjavo protonov, katalizatorji, okvirji in plasti za plinsko difuzijo, in so na splošno sedemplastna zložena struktura.

Trenutno, razlika v zmogljivosti med izdelki domačih in tujih proizvajalcev membranskih elektrod postaja vse manjša, in membranske elektrode z nizkimi cenami priprave, visoka zmogljivost in dobra vzdržljivost sta postali tudi fokus domačih in tujih proizvajalcev. Sodeč po postavitvi domačih podjetij, širitev podjetij z membranskimi elektrodami se bo po tem pospešila 2021, in tehnologija dvostranskega neposrednega premazovanja ter tehnologija oblikovanja z integrirano membransko elektrodo postajata mainstream.

Membrane za izmenjavo protonov imajo funkcijo izolacije elektronov, ločevanje pozitivnega in negativnega pola, in prevodne protone. Proizvodni proces je zapleten in ima visoke tehnične in kvalifikacijske ovire.

Glede na vsebnost fluora, membrane za izmenjavo protonov lahko razdelimo na membrane perfluorosulfonske kisline, delno fluorirane polimerne membrane, nove nefluorirane polimerne membrane, kompozitne membrane, itd. Perfluoro protonske izmenjevalne membrane se pogosto uporabljajo zaradi svoje odlične toplotne stabilnosti, kemična stabilnost, visoka mehanska trdnost in visoka stopnja industrializacije.

Katalizatorje gorivnih celic delimo na platinaste katalizatorje, katalizatorji z nizko vsebnostjo platine, in neplatinasti katalizatorji.

V industrijski proizvodnji katalizatorjev, moja država močno zaostaja za tujino in je bila dolgo časa odvisna od uvoza. To ni samo dvignilo stroškov gorivnih celic, ampak tudi omejil razvoj industrije vodikove energije v moji državi. Trenutno, proces lokalizacije katalizatorjev gorivnih celic v moji državi se pospešuje. Pred kratkim, proizvodna linija katalizatorja gorivnih celic podjetja Zhongzi Environmental Protection je bila zaključena in uspešno prestala sprejem. Od dokončanja okolju prijazne proizvodne linije, zelo pomembno je, da materiali jedra gorivnih celic napredujejo v smeri lokalizacije, doseči tehnični nadzor in zmanjšati stroške.

Plast za difuzijo plina je običajno sestavljena iz osnovne plasti in mikroporozne plasti. Potem ko je osnovna plast plinske difuzijske plasti hidrofobna, ena ali več mikroporoznih plasti je prevlečenih na njej, da tvorijo plinsko difuzijsko plast. Ima pomembno vlogo pri podpiranju katalitične plasti, zbiranje toka, prevajanje plina in odvajanje vode reakcijskega produkta v gorivnih celicah.

Glede na različne osnovne plasti, lahko ga razdelimo na papirni substrat iz ogljikovih vlaken, substrat iz karbonske tkanine in kovinski substrat. Trenutno, večina proizvajalcev gorivnih celic uporablja izdelke za plinsko difuzijsko plast proizvajalcev, kot je japonski Toray, ZDA AvCarb, in nemški SGL. Vendar, General Hydrogen Energy moje države, Jiangsu Hydrogen Power in druga podjetja lahko v bistvu primerjajo mednarodne napredne izdelke na tehnični ravni in naj bi dosegli industrializacijo.

Vodikova obtočna črpalka, glavni izdelek za kroženje vodika v moji državi. Če baterijski sklop primerjate z “srce” gorivne celice, potem je vodik “krvi”, in sistem kroženja vodika je “močan miokard” da se zagotovi pretok “krvi”. Izdelki za kroženje vodika vključujejo predvsem črpalke za obtok vodika in ejektorje vodika: V primerjavi z ejektorji vodika, vodikove obtočne črpalke imajo prednost aktivne nastavitve, hitrost odziva, in široko delovno območje.

Zračni kompresorji so sestavljeni iz kompresijskih elementov, vozniki, in mehansko opremo, ki poganja elemente kompresorja.

Za razliko od običajnih zračnih kompresorjev, Zračni kompresorji na gorivne celice morajo izpolnjevati številne stroge zahteve, kot je brez olja, nizek hrup, velika zanesljivost, visoka učinkovitost, miniaturizacija, široko delovno območje, dobra dinamična odzivnost, in dobro toplotno upravljanje. Glede na tržni delež, stopnja lokalizacije zračnih kompresorjev z gorivnimi celicami je relativno visoka, in vodilna domača podjetja vključujejo Kingston, Segatron, itd.

V. Nižje od industrijske verige vodikove energije
Na koncu industrijske verige, uporaba vodikove energije se odraža predvsem v prometu, pridobivanje električne energije, Shranjevanje energije, industriji in drugih scenarijih, med katerimi je promet pomemben preboj za porabo vodikove energije.

Od aprila 30, 2022, skupaj 8,198 vozila na gorivne celice so bila povezana z nacionalno platformo za spremljanje in upravljanje vozil z novo energijo. Med njimi, avtobusi na gorivne celice so največji, s skupno 4,241 povezan, računovodstvo za 51.73% skupnega zneska; so povezana posebna vozila, računovodstvo za 3,945, računovodstvo za 48.12%, vključno z logističnimi specialnimi vozili, inženirska posebna vozila in sanitarna posebna vozila; in osebni avtomobili so povezani, računovodstvo za 12, računovodstvo za 0.15%.

Z vidika demonstracijskih aplikacij vozil na gorivne celice, moja država ima trenutno pet velikih grozdov predstavitvenih mest, in sicer Peking-Tianjin-Hebei, Šanghaj, Guangdong, Hebei in Zhengzhou. Pet glavnih demonstracijskih mestnih grozdov je skupaj povezalo 5,853 vozila na gorivne celice, računovodstvo za 71.40% nacionalnega dostopa do vozil z gorivnimi celicami. Med njimi, mestni grozd Guangdong ima največje število povezanih vozil na gorivne celice, doseganje 2,604.

Vi. Senzor temperature
1. Uporaba v izdelkih temperaturnih senzorjev
Sama po sebi je eksplozivna in hlapljiva. Glavna vira nevarnosti, s katerimi se sooča vgrajen vodikov sistem vozil na gorivne celice, sta požar in eksplozija. Zato, ljudje so postavili vprašanja o varnosti vgrajenega vodikovega sistema v avtomobilih. Da bi uskladili varnostne tehnične zahteve različnih držav in javnost bolj prepoznala vodikove gorivne celice, Ekonomska komisija Združenih narodov za Evropo je ustanovila posebno delovno skupino in pripravila globalni tehnični predpis GTR3 “Globalni tehnični predpisi za vozila na vodikove gorivne celice”. Varnost vozil na vodikove gorivne celice je v tem tehničnem predpisu jasno določena.

Viri vodika so zelo dobri, čisto in obnovljivo. Vzemimo za primer električna vozila na vodikove gorivne celice. Tuja tehnologija je precej zrela. Je novo energetsko vozilo, ki ga poganja električni motor in električna energija, pridobljena iz vodikovega goriva z elektrokemičnimi reakcijami.

Ker po kemični reakciji nastane le voda, emisija je blizu ničle. V primerjavi z vozili na novo energijo z litijevo baterijo, potrošniki nimajo težav z vzdržljivostno anksioznostjo in jim ni treba spreminjati svojih uporabniških navad. Postopek hidrogeniranja traja le 5 minut, in ni problema z onesnaženjem, ki bi ga povzročilo odlaganje baterij z veliko zmogljivostjo po dolgotrajni uporabi, zato se imenuje vozilo s čisto energijo.

Vendar, vodikove gorivne celice so nagnjene k puščanju in imajo zelo širok razpon eksplozije. Trenutno je to plin z najširšim valovnim razponom. Dokler se meša z zrakom in doseže razmerje 4% do 75%, bo eksplodiral in spada med eksplozivne pline prve stopnje. Zato, iz postaj za proizvodnjo vodika, postaje za shranjevanje vodika, transportna vozila, postaje za oskrbo z vodikom, do vozil na vodikove gorivne celice, vodik je treba testirati, puščanja se odkrijejo čim prej, ventili se takoj izklopijo in sprožijo se alarmi za zmanjšanje varnostnih nevarnosti.

Poleg tega, za vozila na vodikove gorivne celice, vodikovih senzorjev ni mogoče uporabiti le za spremljanje puščanja vodika na koncu rezervoarja za plin in dimnika, temveč tudi za zaznavanje koncentracije vodika v izpušnih plinih. Vozila na gorivne celice lahko tudi analizirajo delovanje in stopnjo reakcije sklada v realnem času na podlagi teh informacij o spremljanju, da bi pravočasno prilagodili ustrezne vhodne indikatorje ali konfiguracije podatkov, da bi dosegli varno in učinkovito delovanje vozila.

Zato, senzorji vozil na vodikove gorivne celice so zelo dragoceni. Obstajajo predvsem senzorji za uhajanje plina, senzorji tlaka, temperaturni senzorji, temperaturo, integrirani senzorji vlage in tlaka, senzorji pretoka zraka, itd.

Na primer, vodikovi senzorji vključujejo občutljive sonde, vezja, zunanje lupine in z njimi povezane strukturne komponente; vmesnik med senzorjem in zunanjostjo je predvsem komunikacijski vmesnik, in ti podsistemi so organsko združeni v komponento senzorja vodika. Primarna naloga vgradnje vodikovih senzorjev je zagotoviti varno delovanje vozil na vodikove gorivne celice. Kot vsi vemo, vodik je vnetljiv in eksploziven plin. Za vozila na vodikove gorivne celice, senzorji za vodik lahko zaznajo, kdaj koncentracija vodika preseže varno območje, in pravočasno vnesejo alarmni signal v vozilo. Sistem vozila bo takoj sprejel ustrezne varnostne zaščitne ukrepe ob izklopu, da prepreči varnostne nesreče.

Vodikovih senzorjev ni mogoče uporabiti samo za spremljanje uhajanja vodika v rezervoarju za plin in na koncu dimnika, temveč tudi za zaznavanje koncentracije vodika v izpušnih plinih. Vozila na vodikove gorivne celice lahko prav tako analizirajo delovanje in stopnjo reakcije dimnika v realnem času na podlagi teh informacij o spremljanju, tako da pravočasno prilagodite ustrezne vhodne indikatorje ali konfiguracijo podatkov, da dosežete varno in učinkovito delovanje vozila.

Na primer, vodikovi temperaturni senzorji se uporabljajo predvsem za zaznavanje tlaka vodika. Uporablja lupino iz nerjavečega jekla 316L, ki se zelo dobro upira vodikovi krhkosti in penetraciji, in njegovo zanesljivost, natančnost in vzdržljivost sta zelo visoki, ki lahko učinkovito izpolnjuje delo merjenja temperature gorivnih celic in drugih vodikovih virov energije na trgu. Poleg tega, statični delovni tlak novega senzorja temperature vodika lahko doseže 160 barov (veliko višji od splošne zahteve po tlaku), merilno območje pa je od -40 ℃ do +100 °C.

g. Zeng, proizvajalec senzorjev za temperaturo vodika, povedal raziskovalec: “Nacionalni standard vsebuje zahteve za vodikovo varnost vozil na vodikove gorivne celice. Število vodikovih senzorjev, potrebnih za vozilo, je treba upoštevati v kombinaciji s prostorsko razporeditvijo, prezračevanje, varnost, itd. Na splošno, za motor je potreben vsaj eden, rezervoar za shranjevanje vodika, pilotska kabina (znotraj avtomobila), in izpušna cev bo prav tako potrebovala enega.”

“Omeniti velja, da so vodikovi senzorji razdeljeni na številne specifikacije in razponi so tudi različni. Različni modeli gorivnih celic in različni položaji istega modela imajo različne zahteve za senzorje vodika. Če je potrebna odpornost na visoke temperature in vlago ter visoka natančnost, cena bo dražja. Na podlagi upoštevanja potreb vozil in znižanja stroškov, uporabniki na splošno izbirajo rešitve vodikovega senzorja na celovit način. ”

“S tehničnega vidika, avtomobilski vodikovi senzorji se razlikujejo od potrošniških senzorjev. Imajo zelo zapletene pogoje delovanja in morajo skupaj z vozilom doživeti hujše visoke in nizke temperature. Prav tako se morajo upreti zunanjim silam (kot so vibracije, vpliv, itd.). Razvoj avtomobilskih vodikovih senzorjev mora izpolnjevati osnovne zahteve in postopke razvoja avtomobilskih izdelkov, začenši z opisom in analizo sistemskih zahtev, in postopno ponavljanje do oblikovanja, analizo, preverjanje, in testiranje vozil za zagotovitev celovitosti, zanesljivost, in varnost izdelka. ”

2. Uporaba prodajnih kanalov temperaturnih senzorjev in človeški viri
“Kanalsko prodajno osebje v industriji srednjih sklopov baterij in kanalsko prodajno osebje za vozila na vodikovo energijo in temperaturne senzorje vodikovih gorivnih celic imata prekrivajoče se kanale in vire strank.. Prodajno osebje lahko doseže brezhibno povezavo z zamenjavo delovnih mest v teh dveh panogah.”

“Naše podjetje za senzorje temperature zaposluje kadre za prodajne potrebe industrije vodikovih gorivnih celic in vozil na vodikov pogon, in lahko tudi natančno išče talente za prodajo kanalov v teh panogah.”

Prodajna ekipa podjetja temperaturnih senzorjev je analizirala, da se odpira poslovni cikel prvega vala vozil na vodikovo energijo in vodikovih gorivnih celic, tako se ni težko odločiti, da je “prodajna ekipa industrije vozil na vodikovo energijo/vodikovih gorivnih celic” mogoče pripraviti in vzpostaviti. Z razvrščanjem seznamov strank in regionalno distribucijo proizvajalcev vozil na vodikovo energijo in vodikovih gorivnih celic, regionalna postavitev in stroški gradnje tega “prodajna ekipa industrije vozil na vodikovo energijo/vodikovih gorivnih celic” so jasni.

3. Uporaba pri trženju in promociji temperaturnih senzorjev
Obstajajo že vertikalne dejavnosti brez povezave za promocijo vodikovih gorivnih celic in temperaturnih senzorjev vozil na vodikovo energijo. Organizacije vključujejo Mednarodno združenje vodikovih gorivnih celic in Kitajsko zvezo za vodikovo energijo, dejavnosti pa vključujejo svetovno konferenco in razstavo o tehnologiji vodikove energije, itd.

Glavni način promocije vodikovih gorivnih celic in temperaturnih senzorjev vozil na vodikovo energijo na spletu je trženje vsebine. Gradnja računalniških omrežij, Računi WeChat in izvajanje vsebinskih operacij, ki lahko rešijo potrebe uporabnikov, je osnovna veščina, in izgradnja ekosistema vsebinskega trženja, ki pokriva Baidu, Zhihu, Xiaohongshu, itd. za iskalnike je velik trg.

4. Uporaba pri investicijah in financiranju temperaturnih senzorjev
Z vidika celotne verige industrije vodikove energije, največji upravičenci do kapitala so osrednje komponente vodikovih gorivnih celic, kot so sistemi srednjih baterij, skladi, in membranske elektrode (STVAR). Na primer, razmislite o zgodnji ureditvi temperaturnih senzorjev za vodikove gorivne celice. Podjetja za dobavo vozil na vodikovo energijo in temperaturni senzorji so primerni za vzajemne naložbe in skupno oskrbo skupnih strank.