Keramische Drucksensorplattform für Wasserstoffmanagement

Mit der Energiewende wächst der Bedarf an Sensoranwendungen für das Wasserstoff-management in Herstellung, Transport, Speicherung und Nutzung erheblich. Nach aktuellem Stand der Technik werden goldbeschichtete metallische oder Silicium-Druckmembranen eingesetzt. Wegen Wasserstoffkorrosion und -diffusion sind Lebensdauer und Zuverlässigkeit begrenzt. Demgegenüber sind Keramiken wasserstoffdicht, reaktionsträge und temperaturbeständig. Trotzdem werden keramische Materialien bislang kaum in der Wasserstofftechnik genutzt. Das Fraunhofer IKTS hat daher mit Partnern neue Wasserstoff-Drucksensoren für niedrige Drücke bis 2,5 bar entwickelt – speziell für Anwendungen in der elektrochemischen Wasserstofferzeugung bzw. -verarbeitung in Brennstoffzellen. Es wurden zwei Sensorkonzepte erstellt und auf ihre Eignung verglichen.

1.      Der Sensor besteht aus einer keramischen Membran und einem keramischen Grundkörper, die separat hergestellt und anschließend per Laserstrahllöten mit Spezialglasloten gasdicht verbunden werden. Die ausschließliche Nutzung wasserstoffdichter Keramiken und Glaslote sorgt für hohe Sicherheit und lange Lebensdauer.

2.      Der Sensor besteht aus einer keramischen Membran und einem Grundkörper aus einem speziellen, am Fraunhofer IKTS entwickelten keramikähnlichen Komposit (Polymerkeramik). Die Herstellung erfolgt im Spritzgussverfahren mit integrierter Membran, was den Prozess vereinfacht und deutlich Kosten spart.

Das neue frontbündige Sensordesign verhindert Kondensation oder Ausfrieren von Wasserdampf im Wasserstoff unter realen Bedingungen, wodurch Signalstörungen und Beschädigungen des Sensors vermieden werden. Die Integration des Sensors erfolgt über eine Pressverbindung mit einem 60 ° Konus und erfordert keine zusätzlichen Dichtmaterialien.

• Projekt: Entwicklung einer keramischen Drucksensorplattform für das Wasserstoffmanagement im Bereich der nachhaltigen und intelligenten Mobilität, Energieversorgung und industriellen Stoffwirtschaft der Zukunft
• Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, begleitet vom Projektträger Jülich / Forschungszentrum Jülich GmbH
• Förderkennzeichen (FKZ): 03EN5025A-F
• Partner: Siegert Thinfilm Technology GmbH, Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH, FKT Formenbau und KunststoƯtechnik GmbH, Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung, IL Metronic Sensortechnik GmbH