Sen­so­ren in der Wasser­stoff­technik

Elektro­autos kommen unaufhörlich in Fahrt. Aufgrund der Reichweite sind sie für Vielfahrer, Menschen mit einem hohen Bedürfnis nach Flexi­bilität z.B. durch Bereit­schafts­dienste, für den öffent­lichen Personen­nahverkehr oder auch Last­kraft­fahr­zeuge nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Alter­native. Fahr­zeuge mit Wasser­stoff­antrieb hingegen benötigen weniger als fünf Minuten, um betankt zu werden, und stellen diesbezüglich eine Alternative zu den vor­herr­schen­den Antrieben dar.

REM-Aufnahme einer stationären Abschei- dung von 5 μm SiO2 auf 3 μm tiefen Silizium- Strukturen im Querschnitt. (Source: Fh.-FEP)

Aber auch hier gibt es noch Hürden: Wasser­stoff ist in Verbindung mit Sauer­stoff äußerst leicht entzündlich und seine Speiche­rung in Tanks erfolgt zudem mit Drücken von teils über 700 bar. Zur Über­wachung müssen hoch­präzise, leistungs­starke Sensoren eingesetzt werden. Die besonders hohe Flüchtig­keit des Wasser­stoffs erfordert besonders hohe Anfor­derun­gen an Korrosions­beständigkeit, Temperatur­stabilität, Protonen­barriere, Isolations­festigkeit und Explosions­schutz der Kompo­nenten.

Mittels eines neuen reaktiven Magnetron-Sputter-Verfahrens gelang den Wissen­schaftlern des Fraunhofer FEP im Rahmen des Verbund­projekts NaFuSS die Abscheidung defektarmer Isolations­schichten mit minimaler Protonen­diffusion und sehr guter Isolations­festigkeit. Mit dem neuen, auf nanofunktionale Materialen zurückgreifenden Verfahren können nun Isolations­schichtsysteme auf rauen Stahloberflächen abgeschieden werden. Die Schichten erfüllen mit einer Spannungsfestigkeit von über 2000 V und einem spezifischen Wider­stand von mehr als 1015 Ω cm die An­for­de­rungen der Explosions­prävention in der Wasser­stoff­technik. Gleich­zeitig wurde eine sehr wirksame Protonen­barriere nach­gewiesen, die selbst die bisher eingesetzten Gold-Schichten übertrifft. „Die so erzeugte Isolations­schicht ist mit ihren Eigen­schaften einzigartig. Eine vergleichbare Schicht ist in der Praxis bislang noch nicht öko­nomisch realisiert worden. Durch das neue Ver­fahren ist es nun möglich, mit einer Abscheide­rate von ca. zwei Nanometer pro Sekunde Sensoren zu beschichten und industriell herzustellen.“, erklärt Projektleiter Jan Hildisch.

Die erfreulichen Ergebnisse sollen nun die Grundlage für weiter­führende Ko­ope­ratio­nen mit Industrie­partnern bieten, um gemeinsam Sen­soren für die Wasser­stoff­technik zu entwickeln und ökonomisch in Serie herzustellen. Derzeit arbeiten die Wissen­schaftler daran, die Technologie weiter zu optimieren und auch auf andere Anwendungs­gebiete zu übertragen. Im November stehen die Wissen­schaftler auf der Fachmesse Electronica 2018 für weiterführende Diskussionen zur Ent­wicklung bereit. (Quelle: Fh.-FEP / vip-journal.de)

Links: Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Anwendungsfelder Optik, Sensorik und Elektronik

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