¿Qué es un sistema de almacenamiento de hidrógeno?

Elsistema de almacenamiento de hidrógenoes uno de los tres componentes principales de una estación de reabastecimiento de combustible de hidrógeno (sistema de almacenamiento de hidrógeno, compresor y máquina de reabastecimiento de combustible de hidrógeno), pero la aplicación del sistema de almacenamiento de hidrógeno no se limita a las estaciones de reabastecimiento de combustible de hidrógeno. Por lo tanto, este artículo ampliará la perspectiva a los nodos de almacenamiento de hidrógeno en múltiples enlaces: almacenamiento después de la producción de hidrógeno, almacenamiento después del transporte a la estación de reabastecimiento de combustible de hidrógeno y el almacenamiento de hidrógeno a bordo. Estos diferentes nodos también presentan diferentes requisitos para contenedores de almacenamiento de hidrógeno.

¿Qué es un sistema de almacenamiento de hidrógeno?

Según la definición del laboratorio Argonne en los Estados Unidos, el sistema de almacenamiento de hidrógeno se puede dividir en varios componentes principales: botellas de almacenamiento de hidrógeno, válvulas integradas de botellas, módulos reguladores de presión integrados, puertos de reabastecimiento de combustible de hidrógeno, controladores del sistema de almacenamiento de hidrógeno y alivio de presión y dispositivos de descarga de hidrógeno para cada parte.

Botella de almacenamiento de hidrógeno

Las botellas de almacenamiento de hidrógeno son el campo de comercialización más maduro de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, y una gran cantidad de compañías han entrado en la producción de botellas de almacenamiento de hidrógeno. La tecnología de las botellas de almacenamiento de hidrógeno ha pasado por cinco generaciones de iteraciones. En la actualidad, las botellas de tipo V sin revestimiento interno y solo hechas de devanado de fibra todavía están bajo investigación tanto en el hogar como en el extranjero.

Los cilindros de almacenamiento de hidrógeno de alta presión se ponen en uso se dividen principalmente en cuatro tipos: cilindros totales (tipo I), cilindros de fibra interno de fibra de metal (tipo II), fibra de metal fibra de fibra completamente envuelta (tipo III), cilindros de fibra interna no metálica no metálica (tipo IV).

Las cuatro generaciones debotellas de almacenamiento de hidrógenoactualmente son ampliamente utilizados. Esto se debe a que sus botellas tipo I y II son adecuadas como contenedores de almacenamiento de hidrógeno para estaciones de reabastecimiento de combustible de hidrógeno debido a sus características, y las botellas tipo III e IV son más adecuadas como contenedores de almacenamiento de hidrógeno montado en el vehículo, cada uno con sus propios usos.

La razón por la cual las estaciones de reabastecimiento de combustible de hidrógeno y el almacenamiento de hidrógeno montado en el vehículo usan diferentes botellas de almacenamiento de hidrógeno es, en primer lugar, porque el campo de transporte tiene mayores requisitos para la densidad de almacenamiento de peso del hidrógeno. El tipo I y el tipo II tienen una gran relación de peso a volumen, lo que es difícil para cumplir con los requisitos de densidad de almacenamiento de hidrógeno de los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno. En segundo lugar, la proporción auto-peso del contenedor de almacenamiento de hidrógeno es muy importante para el rendimiento de potencia del vehículo. Las botellas tipo III y tipo IV tienen las ventajas de una baja relación peso a volumen y alta densidad de almacenamiento de hidrógeno por unidad de masa debido a la estructura de devanado completo de fibra. Actualmente se usan ampliamente enVehículos de pila de combustible de hidrógeno.

La estructura de la botella de almacenamiento de hidrógeno desde el interior hasta el exterior incluye material de revestimiento, capa de transición, capa de devanado de fibra, capa protectora externa y capa de tampón. Tome la botella de almacenamiento de hidrógeno tipo IV como ejemplo para ver su composición estructural:

Botella de almacenamiento de hidrógeno tipo IV y revestimiento de botella de almacenamiento de hidrógeno tipo IV

●

   ● Liner: El grosor total de la pared de la botella es de aproximadamente 20 ~ 30 mm. La capa más interna en contacto directo con hidrógeno es la capa de barrera de gas, que tiene aproximadamente 2 ~ 3 mm de espesor. El material es PA6, PA612, PA11, HDPE, etc., que juega un papel en el bloqueo de hidrógeno.

● Capa intermedia:Una capa resistente a la presión relativamente gruesa, hecha de material compuesto reforzado con fibra de carbono CFRP, compuesta de fibra de carbono y resina epoxi. Bajo la premisa de garantizar el nivel de resistencia a la presión, el grosor de esta capa se minimiza para mejorar la eficiencia del almacenamiento de hidrógeno.

● Capa superficial: El grosor es de aproximadamente 2 ~ 3 mm, y el material es material compuesto reforzado con fibra de vidrio GFRP, compuesto de fibra de vidrio y resina epoxi.

La razón por la cual las botellas de almacenamiento de hidrógeno tipo IV son más adecuadas para el almacenamiento de hidrógeno a bordo es que cambian el material metálico del tanque interno, usan materiales de polímero como tanque interno y usan materiales compuestos de fibra de carbono como capa de cojinete. La relación de masa de almacenamiento de hidrógeno puede alcanzar más del 6%, y la más alta puede alcanzar el 7%, por lo que el costo puede reducirse aún más.

Composición del sistema de almacenamiento de hidrógeno

Aunque la botella de almacenamiento de hidrógeno es el núcleo del sistema de almacenamiento de hidrógeno, el sistema de almacenamiento de hidrógeno solo se puede poner en uso de forma segura con la ayuda de una serie de componentes auxiliares.

El sistema de almacenamiento de hidrógeno de la estación de reabastecimiento de combustible de hidrógeno consiste en una botella de almacenamiento de hidrógeno, una válvula de botella integrada, un módulo de regulación de presión integrada, un puerto de reabastecimiento de combustible de hidrógeno, un controlador del sistema de almacenamiento de hidrógeno y dispositivos de alivio de presión y descarga de hidrógeno de varias partes.

Válvula de botella integrada

La válvula de botella integrada es una parte clave para garantizar la seguridad de la botella de almacenamiento de hidrógeno y la entrega suave de hidrógeno. También se compone de múltiples partes, a saber, un filtro, una válvula de límite de flujo, un dispositivo de liberación de calor y presión, una válvula manual, una válvula de retención como entrada de reabastecimiento de combustible de hidrógeno y una serie de sensores de temperatura y presión.

El módulo de control de presión integrado generalmente incluye una válvula automática de apagado, una válvula de ventilación manual (para mantenimiento), un regulador de presión, una válvula de alivio de presión de emergencia y un sensor de presión.

El rendimiento del sistema de almacenamiento de hidrógeno puede evaluarse mediante varios parámetros importantes, incluida la capacidad de almacenamiento de hidrógeno, la densidad de masa de almacenamiento de hidrógeno del sistema, la densidad del volumen de almacenamiento de hidrógeno del sistema, el costo de almacenamiento de hidrógeno por kilovatio-hora, la vida útil del ciclo de carga y descarga, y la presión mínima de transporte.

Sistema de almacenamiento de hidrógeno a bordo 

Debido a diferentes escenarios de aplicación, la composición del sistema de almacenamiento de hidrógeno a bordo es diferente de la del sistema de almacenamiento de hidrógeno en la estación de llenado de hidrógeno. Su estructura incluye: botella de almacenamiento de hidrógeno con válvula de botella, tubo de suministro de hidrógeno, puerto de llenado de hidrógeno, tubería de hidrógeno de alta presión, sensor de presión, válvula unidireccional, reductor de presión y armadura del sistema de hidrógeno.

Sistema de almacenamiento de hidrógeno a bordo de la celda de combustible de 70MPA

El sistema de almacenamiento de hidrógeno a bordo adopta la forma de apilamiento con trusses para la fijación. El número de botellas varía según la potencia del vehículo y otros indicadores. La mayoría de los vehículos comerciales tienen 6 botellas, y el modo de colocación es el siguiente:

En los automóviles de pasajeros, se utilizan principalmente dos botellas de almacenamiento de hidrógeno:

Vehículos de celda de combustible de hidrógeno equipados con dos botellas de almacenamiento de hidrógeno tipo IV