Qu'est-ce qu'un système de stockage d'hydrogène?

Lesystème de stockage d'hydrogèneest l'un des trois principaux composants d'une station de ravitaillement d'hydrogène (système de stockage d'hydrogène, compresseur et machine de ravitaillement en hydrogène), mais l'application du système de stockage d'hydrogène n'est pas limitée aux stations de ravitaillement en hydrogène. Par conséquent, cet article étendra la perspective des nœuds de stockage d'hydrogène dans plusieurs liens: stockage après production d'hydrogène, stockage après transport vers la station de ravitaillement en hydrogène et stockage d'hydrogène intégré. Ces différents nœuds proposent également des exigences différentes pour les conteneurs de stockage d'hydrogène.

Qu'est-ce qu'un système de stockage d'hydrogène?

Selon la définition du laboratoire Argonne aux États-Unis, le système de stockage d'hydrogène peut être divisé en plusieurs composants principaux: bouteilles de stockage d'hydrogène, vannes de bouteille intégrées, modules de régulation de pression intégrés, ports de ravitaillement en hydrogène, contrôleurs du système de stockage d'hydrogène et dispositifs de décharge de la pression et de décharge d'hydrogène pour chaque partie.

Bouteille de rangement d'hydrogène

Les bouteilles de stockage d'hydrogène sont le champ le plus mature de commercialisation de systèmes de stockage d'hydrogène, et un grand nombre d'entreprises sont entrées dans la production de bouteilles de stockage d'hydrogène. La technologie des bouteilles de stockage d'hydrogène a connu cinq générations d'itérations. À l'heure actuelle, les bouteilles de type V sans doublure intérieure et uniquement en enroulement en fibres sont toujours en cours de recherche au pays et à l'étranger.

Les cylindres de stockage d'hydrogène à haute pression mis en service sont principalement divisés en quatre types: cylindres entièrement métalliques (type I), cylindres enroulés de fibre de doublure intérieure métallique (type II), fibres de revêtement intérieure en métal entièrement enveloppées (type III), fibres de revêtement interne non métalliques entièrement enveloppées (type IV).

Les quatre générations debouteilles de stockage d'hydrogènesont actuellement largement utilisés. En effet, leurs bouteilles de type I et II conviennent en tant que conteneurs de stockage d'hydrogène pour les stations de ravitaillement en hydrogène en raison de leurs caractéristiques, et les bouteilles de type III et IV sont plus appropriées en tant que conteneurs de stockage d'hydrogène montés sur le véhicule, chacun avec ses propres utilisations.

La raison pour laquelle les stations de ravitaillement en hydrogène et le stockage d'hydrogène montées sur le véhicule utilisent différentes bouteilles de stockage d'hydrogène est, tout d'abord, car le champ de transport a des besoins plus élevés pour la densité de stockage de poids de l'hydrogène. Le type I et le type II ont un grand rapport poids / volume, ce qui est difficile pour répondre aux exigences de densité de stockage d'hydrogène des véhicules à pile à combustible. Deuxièmement, la proportion d'auto-poids du conteneur de stockage d'hydrogène est très importante pour les performances électriques du véhicule. Les bouteilles de type III et de type IV présentent les avantages d'un faible rapport poids / volume et d'une densité de stockage à l'hydrogène élevée par masse unitaire en raison de la structure d'enroulement complète de la fibre. Ils sont actuellement largement utilisés dansvéhicules à pile à combustible à hydrogène.

La structure de la bouteille de stockage d'hydrogène de l'intérieur vers l'extérieur comprend le matériau de muqueuse, la couche de transition, la couche d'enroulement des fibres, la couche de protection extérieure et la couche de tampon. Prenez la bouteille de stockage d'hydrogène de type IV à titre d'exemple pour voir sa composition structurelle:

Bouteille de stockage d'hydrogène de type IV et doublure de bouteille de stockage d'hydrogène de type IV

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   ● doublure: L'épaisseur totale du mur de la bouteille est d'environ 20 ~ 30 mm. La couche la plus intérieure en contact direct avec l'hydrogène est la couche de barrière de gaz, qui a environ 2 ~ 3 mm d'épaisseur. Le matériau est PA6, PA612, PA11, HDPE, etc., qui joue un rôle dans le blocage de l'hydrogène.

● Couche centrale:Une couche relativement épaisse résistante à la pression, faite de matériau composite renforcé de fibre de carbone CFRP, composé de fibre de carbone et de résine époxy. Sous la prémisse d'assurer le niveau de résistance à la pression, l'épaisseur de cette couche est minimisée pour améliorer l'efficacité de stockage de l'hydrogène.

● Couche de surface: L'épaisseur est d'environ 2 ~ 3 mm, et le matériau est un matériau composite renforcé de fibres de verre GFRP, composé de fibres de verre et de résine époxy.

La raison pour laquelle les bouteilles de stockage d'hydrogène de type IV sont plus adaptées au stockage d'hydrogène embarqué est qu'ils modifient le matériau métallique du réservoir intérieur, utilisent des matériaux de polymère comme réservoir intérieur et utilisent des matériaux composites en fibre de carbone comme couche de roulement. Le rapport de masse de stockage d'hydrogène peut atteindre plus de 6% et le plus élevé peut atteindre 7%, donc le coût peut être encore réduit.

Composition du système de stockage d'hydrogène

Bien que la bouteille de stockage d'hydrogène soit au cœur du système de stockage d'hydrogène, le système de stockage d'hydrogène ne peut être mis en service qu'avec l'aide d'une série de composants auxiliaires.

Le système de stockage d'hydrogène de la station de ravitaillement en hydrogène se compose d'une bouteille de stockage d'hydrogène, d'une vanne de bouteille intégrée, d'un module de régulation de pression intégré, d'un port de ravitaillement en hydrogène, d'un contrôleur de système de stockage d'hydrogène et de dispositifs de décharge de pression et d'hydrogène de diverses parties.

Vanne de bouteille intégrée

La soupape de bouteille intégrée est une partie clé pour assurer la sécurité de la bouteille de stockage d'hydrogène et la livraison en douceur d'hydrogène. Il est également composé de plusieurs parties, à savoir un filtre, une vanne de limite de débit, un dispositif de libération de chaleur et de pression, une vanne manuelle, un clapet anti-retour comme l'entrée de ravitaillement en hydrogène et une série de capteurs de température et de pression.

Le module de commande de pression intégré comprend généralement une vanne d'arrêt automatique, une vanne d'évent manuelle (pour la maintenance), un régulateur de pression, une soupape de décharge de pression d'urgence et un capteur de pression.

Les performances du système de stockage d'hydrogène peuvent être évaluées par plusieurs paramètres importants, notamment la capacité de stockage de l'hydrogène, la densité de masse de stockage d'hydrogène du système, la densité de volume de stockage d'hydrogène du système, le coût de stockage de l'hydrogène par kilowattheure, la durée de vie de charge et le cycle de décharge et la pression de transport minimale.

Système de stockage d'hydrogène embarqué 

En raison de différents scénarios d'application, la composition du système de stockage d'hydrogène embarqué est différente de celle du système de stockage d'hydrogène à la station de remplissage d'hydrogène. Sa structure comprend: une bouteille de stockage d'hydrogène avec une soupape de bouteille, un tuyau d'alimentation en hydrogène, un port de remplissage d'hydrogène, un pipeline d'hydrogène à haute pression, un capteur de pression, une soupape à sens unique, un réducteur de pression et un filet du système d'hydrogène.

Système de stockage à bord de pile à combustible 70 MPA

Le système de stockage de l'hydrogène embarqué adopte la forme d'empilement avec des fermes pour la fixation. Le nombre de bouteilles varie en fonction de la puissance du véhicule et d'autres indicateurs. La plupart des véhicules commerciaux ont 6 bouteilles et le mode de placement est le suivant:

Dans les voitures de tourisme, deux bouteilles de stockage d'hydrogène sont principalement utilisées:

Véhicules à pile à combustible à hydrogène équipés de bouteilles de stockage d'hydrogène de type IV