氢能产业链及温度传感器

氢能是指氢发生物理和化学变化时释放的能量, 可用于能量存储, 发电, 各种车辆的燃料, 家用燃料, ETC. 氢能也是一种二次能源, 绿色零排放, 或能量形式.

[氢能产业链]
上游: 氢气生产, 储存和运输, 加氢站运营;
中游: 燃料电池系统及零部件制造;
下游: 氢燃料电池应用等诸多环节.

PT100氢能源汽车用K型E型热电偶温度传感器

用于氢燃料电池的NTC温度传感器

DS18b20氢能源汽车温度传感器

制氢路径会根据制氢场地的资源禀赋而有所不同. 储氢环节主要是气态储氢, 但合金储氢前景看好. 加氢站环节将呈现集中式制氢与分布式制氢共存、互补的格局. 燃料电池环节的机会在于质子交换膜, 低成本催化剂和储氢瓶. 汽车市场是下游应用环节最大的, 而氢燃料电池商用车市场有望率先爆发在汽车应用市场.

1. 氢气生产
制氢是氢能产业链的重要环节. 按生产工艺分, 可分为化石能源制氢, 工业副产制氢和水电解制氢:
化石能源制氢 (也称为灰氢) 是我国氢的主要来源. 生产成本低, 但碳排放量高, 这不利于我国的实现 “3060” 目标;

工业副产气制氢 (IE. 蓝色氢) 主要是指生产焦炉煤气等化工产品时获得的氢气, 合成氨, 和合成甲醇.

水电解制氢 (IE. 绿色氢) 制氢过程中不排放温室气体, 并且氢气纯度高. 是未来制氢的主要方向. 然而, 目前水电解制氢耗电量大，生产成本高.

2. 氢气储存和运输
氢储运是制约我国氢能产业发展的关键环节. 作为自然界中最轻的气体, 氢具有独特的物理和化学性质, 这使得储存和运输非常困难且成本高昂, 这也成为阻碍氢能产业发展的原因之一. 储氢方法对应于氢运输方法. 现在, 储存和运输氢气有四种主要方式, 即, 高压气体, 低温液态氢, 有机液体和固体储存和运输.

今天, 高压气态储氢技术成熟, 并将成为未来我国主要推广的储氢技术; 低温液氢储运主要应用于航空航天领域; 有机液体和固体储运尚处于研究示范阶段.

3. 加氢站
加氢站的主要组成部分是加氢机, 氢气压缩机 (占约 30% 占总成本的), 储氢瓶组, ETC. 当前装备制造发展方向是加快氢气压缩机国产化进程, 从而降低加氢站的建设成本.

截至七月 5, 2022, 我国共建成 272 加氢站. 他们之中, 广东省车站数量最多, 达到 52, 而山东省则有 29, 排名全国第二. 江浙站数量超过 20. 直辖市中, 上海车站数量最多, 达到 15. 北京有 14. 现在, 除西藏外, Qinghai and Gansu, 我国已实现加氢站全覆盖. 根据规划加氢站数量, 预计总人数将超过 800 在 2025.

四号. 氢能产业链中游
处于氢能产业链中游, 主要重点是燃料电池及其八个关键部件:

1. 燃料电池
燃料电池是一种直接将氢和氧的化学能转化为电能的发电装置. 基本原理是水电解的逆反应. 燃料电池比常见的锂电池系统更复杂, 主要由电池组组成 (整个电池系统的核心) 和系统组件 (空气压缩机, 加湿器, 氢气循环泵, 储氢瓶组).
△燃料电池系统工作原理——分别向阳极和阴极供给氢气和氧气. 氢气通过阳极向外扩散并与电解液发生反应后, 它释放电子通过外部负载到达阴极.

2. 燃料电池的八个关键部件
在氢能领域, 工信部将燃料电池的八个关键部件分为: 燃料电池堆, 双极板, 膜电极, 质子交换膜, 催化剂, 气体扩散层, 空气压缩机和氢气循环泵, 这也是我国发展氢能产业需要攻克的关键环节.

燃料电池堆, 发动机系统的核心部件, 是氢和氧发生电化学反应并产生电能的地方.

由于单个燃料电池单元的输出功率较小, 通常将多个燃料电池单元串联形成电堆以增加输出功率. 所以, 电堆是由交替的双极板和膜电极组成的复合组件, 每个单体之间嵌入密封件, 前后端板压紧后用螺钉紧固. 燃料电池汽车的成本, 燃料电池系统约占 60%, 其中燃料电池电堆占比超过 62% 燃料电池系统的成本, 因此降低燃料电池电堆的成本是发展燃料电池汽车产业的关键.

双极板约占 60-80% 燃料电池堆的质量, 20-40% 的成本, 几乎占据了燃料电池堆的整个体积, 起到支撑机械结构的作用, 均匀分布气体, 排水, 传导热量和电力.

根据不同材质, 双极板可分为石墨双极板, 金属双极板和复合双极板. 石墨双极板 – 轻的, 稳定性强、耐腐蚀性高, 但机械性能较差. 金属双极板 – 机械性能强, 厚度薄, 良好的气体阻隔性, 但易腐蚀，寿命短. 复合双极板 – 兼具石墨板和金属板的优点, 但制备工艺复杂，成本高.

膜电极主要由质子交换膜组成, 催化剂, 框架和气体扩散层, 一般为七层堆叠结构.

现在, 国内外膜电极厂家生产的产品性能差距越来越小, 以及制备价格低廉的膜电极, 高性能和良好的耐用性也成为国内外厂商关注的焦点. 从国内企业布局来看, 膜电极企业扩张将加速 2021, 双面直接涂覆技术和膜电极一体成型技术正成为主流.

质子交换膜具有隔离电子的功能, 将正极和负极分开, 和传导质子. 制造工艺复杂，技术壁垒和资质壁垒较高.

按氟含量, 质子交换膜可分为全氟磺酸膜, 部分氟化聚合物膜, 新型非氟化聚合物膜, 复合膜, ETC. 全氟质子交换膜因其优异的热稳定性而被广泛应用, 化学稳定性, 机械强度高，工业化程度高.

燃料电池催化剂分为铂催化剂, 低铂催化剂, 和非铂催化剂.

在催化剂工业生产中, 我国远远落后于国外，长期依赖进口. 这不仅推高了燃料电池的成本, 但也制约了我国氢能产业的发展. 现在, 我国燃料电池催化剂国产化进程正在加速. 最近, 中资环保燃料电池催化剂生产线竣工并顺利通过验收. 环保生产线建成以来, 对燃料电池核心材料推进国产化具有重要意义, 实现技术控制，降低成本.

气体扩散层通常由基层和微孔层组成. 气体扩散层基层疏水后, 在其上涂覆单层或多层微孔层，形成气体扩散层. 对催化层起支撑作用, 收集电流, 燃料电池中传导气体并排出反应产物水.

根据基层不同, 按材质可分为碳纤维纸基材, 碳布基材和金属基材. 现在, 大多数燃料电池制造商使用日本东丽等制造商的气体扩散层产品, 美国AVCarb, 和德国SGL. 然而, 我国通用氢能源, 江苏氢电等企业在技术水平上基本能对标国际先进产品，有望实现产业化.

氢气循环泵, 我国主流氢气循环产品. 如果将电池组与 “心” 燃料电池的, 那么氢是 “血”, 氢气循环系统是 “强健的心肌” 以保证流量 “血”. 氢气循环产品主要包括氢气循环泵和氢气喷射器: 与氢气喷射器相比, 氢气循环泵具有主动可调的优点, 响应速度快, 和宽工作范围.

空气压缩机由压缩元件组成, 司机, 和驱动压缩机元件的机械设备.

与普通空气压缩机不同, 燃料电池空气压缩机需要满足许多严格的要求，例如无油, 低噪音, 高可靠性, 高效率, 小型化, 工作范围宽, 良好的动态响应能力, 和良好的热管理. 从市场份额来看, 燃料电池空压机国产化程度较高, 国内领先企业包括金士顿, 世嘉创, ETC.

V. 氢能产业链下游
处于产业链下游, 氢能的应用主要体现在交通领域, 发电, 储能, 行业及其他场景, 其中交通运输是氢能消费的重要突破口.

截至四月 30, 2022, 总共 8,198 燃料电池汽车已接入国家新能源汽车监测管理平台. 他们之中, 燃料电池公交车是最大的, 总共有 4,241 已连接, 占 51.73% 总数的; 特种车辆已联网, 占 3,945, 占 48.12%, 包括物流专用车, 工程专用车、环卫专用车; 和客车相连, 占 12, 占 0.15%.

从燃料电池汽车示范应用来看, 我国目前有5大示范城市群, namely Beijing-Tianjin-Hebei, 上海, 粤, Hebei and Zhengzhou. 五个主要示范城市群已互联互通 5,853 燃料电池汽车, 占 71.40% 国家燃料电池汽车准入. 他们之中, 广东城市群燃料电池汽车联网数量最多, 达到 2,604.

六、. 温度感应器
1. 在温度传感器产品中的应用
它本身具有爆炸性和挥发性. 燃料电池汽车车载氢气系统面临的主要危险源是火灾和爆炸. 所以, 人们对汽车车载氢气系统的安全性提出质疑. 为协调各国安全技术要求，让公众更加认可氢燃料电池, 联合国欧洲经济委员会成立专门工作组，起草全球技术法规GTR3 “氢燃料电池汽车全球技术法规”. 该技术法规对氢燃料电池汽车的安全性进行了明确规定.

氢资源非常好, 清洁和可再生. 以氢燃料电池电动汽车为例. 国外技术相当成熟. 它是一种以电动机驱动，以氢燃料通过电化学反应产生电力为动力的新能源汽车.

由于化学反应后只生成水, 排放量接近于零. 与锂电池新能源汽车相比, 消费者不存在耐力焦虑问题，无需改变使用习惯. 加氢过程只需要 5 分钟, 且不存在大容量电池长期使用报废带来的污染问题, 所以它被称为清洁能源汽车.

然而, 氢燃料电池容易泄漏且爆炸范围极广. 是目前波范围最宽的气体. 只要与空气混合并达到比例 4% 到 75%, 会爆炸，属于一级爆炸气体. 所以, 来自制氢站, 储氢站, 运输车辆, 加氢站, 到氢燃料电池汽车, 氢气需要测试, 尽早发现泄漏, 立即关闭阀门并发出警报，减少安全隐患.

此外, 用于氢燃料电池汽车, 氢气传感器不仅可以用于监测储气罐和烟囱末端的氢气泄漏, 还可检测废气中氢气的浓度. 燃料电池汽车还可以根据这些监测信息实时分析电堆的性能和反应程度, 以便及时调整相关输入指标或数据配置，实现车辆安全高效运行.

所以, 氢燃料电池汽车传感器具有巨大价值. 主要有气体泄漏传感器, 压力传感器, 温度传感器, 温度, 湿度和压力集成传感器, 空气流量传感器, ETC.

例如, 氢传感器包括敏感探头, 电路板, 外壳及相关结构件; 传感器与外界的接口主要是通信接口, 而这些子系统有机地结合在一起就构成了氢气传感器组件. 安装氢传感器的首要作用是保证氢燃料电池汽车的安全运行. 众所周知, 氢气是一种易燃易爆气体. 用于氢燃料电池汽车, 氢气传感器可以检测氢气浓度何时超过安全范围，并及时向车辆输入报警信号. 车辆系统会立即采取相应的断电安全保护措施，防止安全事故的发生.

氢气传感器不仅可以用于监测储气罐和电堆末端的氢气泄漏, 还能检测废气中的氢气浓度. 氢燃料电池汽车还可以根据这些监测信息实时分析电堆的性能和反应程度, 以便及时调整相关输入指标或数据配置，实现车辆安全高效运行.

例如, 氢气温度传感器主要用于氢气压力检测. 它采用316L不锈钢外壳, 能很好地抵抗氢脆和渗透, 及其可靠性, 准确性和耐用性非常高, 可有效满足市场上燃料电池等氢能源的测温工作. 此外, 新型氢气温度传感器静态工作压力可达160bar (远高于一般压力要求), 测量范围为-40℃至+100℃.

先生. 曾, 一家氢温度传感器制造商, 告诉研究人员: “国家标准对氢燃料电池汽车氢安全有要求. 车辆所需氢传感器的数量应结合空间布局考虑, 通风, 安全, ETC. 一般来说, 发动机至少需要一个, 氢气储罐, 座舱 (车内), 排气管也需要一个。”

“值得一提的是，氢气传感器分为多种规格，量程也不同. 不同的燃料电池型号以及同一型号的不同位置对氢传感器的要求不同. 如果需要耐高温、高湿、高精度, 价格会更贵. 基于车辆需求和降低成本的兼顾, 用户通常会综合选择氢传感器解决方案. ”

“从技术角度来看, 汽车氢传感器与消费传感器不同. 它们的运行条件非常复杂，需要与车辆一起经历更加严酷的高低温. 他们也需要抵抗外力 (比如振动, 影响, ETC。). 汽车氢传感器产品的开发需要满足汽车产品开发的基本要求和流程, 从系统需求描述和分析开始, 并逐步迭代设计, 分析, 确认, 和车辆测试以确保全面性, 可靠性, 和产品的安全性. ”

2. 温度传感器应用销售渠道及人力资源
“中游电池电堆行业渠道销售人员与氢能源汽车、氢燃料电池温度传感器渠道销售人员渠道重叠，客户资源重叠. 销售人员可以通过在这两个行业的转岗实现无缝衔接。”

“我司温度传感器公司针对氢燃料电池及氢能源汽车行业销售需求招聘, 还可以精准搜寻这些行业的渠道销售人才。”

温度传感器公司销售团队分析，氢能源汽车和氢燃料电池第一波景气周期正在开启, 所以不难判断 “氢能源汽车/氢燃料电池行业销售团队” 可以准备和建立. 通过梳理氢能源汽车及氢燃料电池厂商客户名单及区域分布, 该项目的区域布局及建设成本 “氢能源汽车/氢燃料电池行业销售团队” 很清楚.

3. 在温度传感器营销推广中的应用
已经有垂直线下活动推广氢燃料电池和氢能源汽车温度传感器. 组织包括国际氢燃料电池协会和中国氢能联盟, 活动包括世界氢能技术大会暨展览会, ETC.

氢燃料电池和氢能源汽车温度传感器线上推广主要方式是内容营销. 构建 PC 网络, 微信账号和进行能解决用户需求的内容运营是基本功, 打造覆盖百度的内容营销生态圈, 知乎, Xiaohongshu, ETC. 对于搜索引擎来说是一个大市场.

4. 温度传感器投融资应用
从氢能全产业链来看, 资本最大受益者是中游电池系统等氢燃料电池核心部件, 堆栈, 和膜电极 (事物). 例如, 可以考虑尽早安排氢燃料电池的温度传感器. 氢能源汽车供应链公司与温度传感器适合相互投资，共同服务共同客户.