Maximiser l'efficacité : Choix de composants intelligents pour véhicules à pile à combustible hydrogène

Optimiser la sélection de composants pour véhicules à pile à combustible hydrogène

Chuck Hayes, Ingénieur Principal

Autour du monde, un investissement significatif est fait dans la mobilité hydrogène et l'infrastructure qui la rend possible.

Pourquoi ? Alors que les constructeurs de véhicules cherchent à piloter une efficacité de plus en plus haute et réduire les émissions, la technologie de pile à combustible hydrogène est devenue de plus en plus attractive. Les véhicules à pile à combustible hydrogène utilisent le gaz hydrogène et l'oxygène pour créer de l'électricité dans une pile à combustible qui alimente un moteur électrique, délivrant une opération zéro émissions, une puissance majeure, et le couple requis pour les applications lourdes.

C'est une technologie prometteuse et un marché qui bouge rapidement et évolue rapidement. Les gouvernements et leaders d'industrie adressent les barrières à l'adoption et investissent véritablement dans le soutien et développement du transport hydrogène. D'un point de vue composant, nous avons travaillé pour fournir les bonnes solutions pour la technologie de pile à combustible hydrogène pour rencontrer son plein potentiel, tant dans les véhicules eux-mêmes que comme partie de l'infrastructure naissante qui sera requise pour l'adoption à grande échelle.

Il y a plusieurs considérations importantes qui doivent être faites lors de la sélection et spécification de composants hydrogène pour l'opération fiable de véhicules et infrastructure. Voici quelques choses à garder en tête :

La sélection des matériaux importe

Le contrôle de la corrosion est important dans toute application où les raccords tubulaires sont concernés, mais le confinement d'hydrogène pose un défi spécifique, unique. La fragilisation par l'hydrogène peut impacter l'acier inoxydable 316, un type d'alliage répandu utilisé pour raccords, vannes et tubages, y compris ceux couramment utilisés dans l'architecture de véhicule hydrogène.

Le phénomène se produit, en partie, parce que l'hydrogène est composé de molécules très petites — si petites que l'hydrogène peut se déplacer dans les parois du réseau cubique du matériau, défaissant ses liaisons moléculaires et compromettant l'intégrité du matériau. En effet, la fragilisation par l'hydrogène peut causer certains grades d'acier inoxydable à agir plus comme de la fonte : très cassant et sensible aux fissures.

En tant que tel, les concepteurs d'infrastructure hydrogène doivent porter une attention minutieuse à la composition de l'acier inoxydable. Une concentration plus élevée de chrome et nickel peut défendre contre la fragilisation par l'hydrogène en promouvant une plus grande ductilité et résistance à la corrosion. La Société Américaine pour les Tests et Matériaux (ASTM) exige un minimum de 10 % de nickel dans les formulations d'acier inoxydable 316, mais l'acier inoxydable 316 de haute qualité avec 12 % minimum de nickel est mieux adapté aux défis uniques de l'hydrogène. Swagelok utilise de l'acier inoxydable qui a un minimum de 12 % de nickel.

Performance sous pression

La résistance aux fuites est critique dans tout système fluide. Mais dans les applications de véhicules et infrastructure hydrogène, il y a quelques considérations spéciales à faire dans la sélection et spécification de types de composants lors de la réalisation de connexions.

Premièrement, le stockage d'hydrogène est hautement sous pression ; plus la pression est haute, plus l'autonomie du véhicule est longue. Les véhicules hydrogène d'aujourd'hui stockent le gaz à soit 350 bar ou 700 bar (5 000 psi ou 10 200 psi), selon les besoins de l'application. De nombreuses flottes à courte portée, par exemple, utilisent 350 bar (5 000 psi), sachant que chaque véhicule peut retourner à un hub central chaque nuit pour le ravitaillement. Dans les applications à plus longue portée comme le transport routier, 700 bar (10 000 psi) fournit une autonomie bien plus longue, où les constructeurs visent 400 miles (1 000 km). Des pressions plus hautes requièrent des composants de plus haute performance, et les options traditionnelles ne sont simplement pas applicables.

La résistance aux vibrations est critique aussi. Bien qu'importante dans les applications industrielles, les raccords et connexions dans les applications hydrogène doivent pouvoir résister fiablement aux vibrations répétées et constantes associées à un véhicule en mouvement. Les raccords cône et filetage, par exemple, sont faits manuellement. La qualité de la préparation du tube peut varier selon l'installateur — et l'hydrogène est très impardonnable des imperfections. Le gaz à petites molécules peut s'échapper à travers même les plus minuscules espaces, et même les plus petites fuites peuvent devenir un problème majeur. Seule une technologie de raccord avancée et cohérente, comme la série FK de Swagelok, peut fournir la bonne performance.

Composants spécifiques à l'application

À travers la totalité de l'espace transport hydrogène, différents véhicules ont des exigences de conception et composants différentes. Considérez les flottes de bus municipaux, une zone d'opportunité principale pour la puissance de pile à combustible hydrogène. Parce qu'ils ont des réservoirs de stockage sur le toit, l'architecture de bus nécessite une flexibilité inhérente versus les véhicules longue distance ; comme tel, des flexibles fiables qui peuvent gérer 350 bar (5 000 psi) fournissent de la flexibilité au lieu de la rigidité du tubage en acier.

Ici, il est important que la sélection de flexible rencontre les bons critères. Pour les mêmes raisons que les formulations d'acier inoxydable 316 haute performance devraient être considérées pour tubes et raccords dans les applications hydrogène à travers le board, les flexibles à âme polymère avec tressage métallique ne suffiront pas dans les bus hydrogène. Les concepteurs devraient voir la sélection de flexible avec les mêmes considérations, en choisissant ceux faits avec des matériaux de haute qualité pour gérer une application spécifique.

Support robuste

En cherchant à atteindre le potentiel que le transport hydrogène représente, les concepteurs et fabricants devraient chercher à travailler avec des fournisseurs de composants avec une expertise considérable et étendue dans l'espace hydrogène.

Nos équipes ont travaillé avec des systèmes gazeux, y compris l'hydrogène, à travers l'histoire de notre organisation. Notre expertise en performance de composants et excellence en science des matériaux, combinée avec un support et service robustes à portée globale, peuvent aider les fabricants dans l'espace transport hydrogène à saisir de nouvelles opportunités croissantes partout.

Intéressé à en savoir plus ? Contactez Swagelok aujourd'hui pour apprendre comment nous pouvons aider à construire des véhicules et infrastructure de transport hydrogène fiables.