Herstellung von neuartigen Wasserstoffsensoren

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Herstellung von neuartigen Wasserstoffsensoren
Projektleitung Marion Wienecke , Prof. Dr. rer. nat. habil.
Kürzel
Projektbeginn 01. Mai 2005
Projektabschluss 30. April 2006
Projektpartner
Projektbeteiligte Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik ,
Projektmittel 76000 €
Mittelgeber BMBF-Projekt  (Exist-Seed)
Fakultät(en) Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Forschungsschwerpunkte(e) Produktentwicklung
Hyperlink http://www.ifod.hs-wismar.de/

Inhalt

Wasserstoff ist in vielen Bereichen von Industrie, Medizintechnik und Wissenschaft unverzichtbar. Durch die fortschreitende Entwicklung der Brennstoffzellentechnik wird sich die Einsatzbreite von Wasserstoff noch erhöhen. Zukunftsvisionen gehen davon aus, dass bei abnehmenden konventionellen Rohstoffen eines Tages Wasserstoff der Hauptenergieträger 3 sein wird. Die Handhabung von Wasserstoffgas birgt einige Risiken, da Wasserstoff- Luftgemische mit einem Wasserstoffanteil von 3-4% hochexplosiv und leicht entflammbar sind. Deshalb ist es für die gefahrlose Anwendung von Wasserstoff notwendig, dieses Gas auch in explosiven Umgebungen unter ungewöhnlichen und extremen Bedingungen sicher zu detektieren und zu überwachen.

Gegenwärtig werden ausschließlich Wasserstoffsensoren eingesetzt, die auf der Messung verschiedener elektrischer Charakteristika basieren (siehe Abschnitt 3 Markt). Demgegenüber bieten optisch schaltende Sensoren einen unschlagbaren Vorteil bei Messungen oder Überwachungen in explosiven Umgebungen. Sie eröffnen die elegante und sichere Möglichkeit der Trennung des sensorisch aktiven Teils von der Messwertanzeige bzw. Steuerund Auswerteeinheit (optische Signalerzeugung und Übertragung). Optisch schaltende Sensoren zum Nachweis von Wasserstoffkonzentrationen basieren auf den physikalischen Eigenschaften von Pd und Pd-Legierungen oder anderen seltenen Erden oder auf chemochromen Materialien wie z.B. Wolframoxid.

Die Antragsteller haben in einem vom BMBF im Programm aFuE (Forschung an Fachhochschulen) geförderten Projekt Funktionsmuster von Wasserstoffsensoren entwickelt, die auf der Basis schaltbarer physikalischer Eigenschaften beruhen und diese hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften nach definierter Wasserstoffbeladung untersucht. Im Mittelpunkt standen Sensorstrukturen auf der Basis von Pd. Filmkompositionen aus Pd und PTFE, bei denen nanoskalige Pd-Kristallite (ca. 5nm Durchmesser) in einer PTFE-Matrix eingebettet sind, zeigen eine lineare Abhängigkeit der Transmission von der Wasserstoffkonzentration über einen Konzentrationsbereich bis 10% H2. Das Signal bleibt auch nach mehrmaligen Messungen reproduzierbar. Sensorstrukturen aus Pd-Ni-Legierungen mit 10% Ni können bis zu 20% H2 im Messgas eingesetzt werden und zeigen stabile und reproduzierbare Messergebnisse.