// Blockintegrierte Sensorik

Worum geht es?

Integration von Sensorik auf die Bipolarplatte der Elektrolysezelle, um den Zellzustand (Temperaturen, Zellspannung) während des Betriebs kontinuierlich zu messen und auszulesen.

Was soll erreicht werden?

Bei der Blockentwicklung ermöglicht zellintegrierte Sensorik die Verbesserung des Blockdesigns, die Analyse von Betriebszuständen bis hin zu Störfällen. Die kontinuierliche Überwachung kommerzieller Elektrolyseure gewährleistet die Vorbereitung von Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Wie funktioniert es?

Foliensystem (erste Ausführung) Photo: Hahn Schickard

Zur Messung physikalischer Parameter am Ort der Gasentstehung werden Bipolarplatten mit sensorisierten Foliensystemen kombiniert. Die Signale werden mit einer miniaturisierten Ausleseeinheit, dem sogenannten Cell-Node, erfasst und digitalisiert. Die digitalisierten Daten aller Cell-Nodes werden anschließend zentral gesammelt und ausgewertet.

Welche Anforderungen müssen erfüllt werden ?

Beständigkeit in KOH bei Temperaturen bis 100°C, Drücke bis 30 bar, und einer H2- bzw. O2-Gasatmosphäre (Sicherheitstechnik, Korrosionsschutz); Datenübertragung aus Druckbehälter mit Stahlmantel; Kosten

Wie weit ist die Technologie auf dem Markt?

Bei kommerziellen Elektrolyseblöcken werden die Ein- und Austrittszustände messtechnisch erfasst. Was im Block selber passiert, wird nicht gemessen. Hier fehlen verlässliche und kostengünstige Lösungen

Was gibt es hierfür bereits auf dem Markt (konkrete Beispiele)?

Grundsätzlich gibt diskrete Sensorelemente (z.B. PT500-Chips von Ohmite) und Sensoren, welche in die Zelle eingebracht werden und mit Hilfe einer SPS ausgelesen werden können. Bei diesem Ansatz ist jedoch stets die Herausführung der Daten aus dem Block und die Abdichtung kritisch. So ist bisher kein System bekannt, welches eine Messung direkt am Ort der Gasentstehung quasi aller Zellen im Block ermöglicht.

Welcher F&E-Lösungsansatz wird verfolgt?

Gekapselte Sensorisierung einer geeigneten Kunststofffolie, die auf die Bipolarplatte geklebt wird und an fünf Positionen auf der Bipolarplatte Temperaturwerte sowie die Zellspannung der Platte misst. Die Ausleseelektronik ist eine Kombination von intelligenten Cell-Nodes mit einem zentralen Auslesesystem, bestehend aus einem Personalcomputer und einem Block-Host, die leitungsgebunden gekoppelt sind.

Wie wird die Entwicklung qualifiziert? Welche Testmethode wird eingesetzt?

Herstellung von Mustern, die in Versuchsaufbauten (z.B. mit: Ofen, Spannungsquelle) erprobt werden. Final wird die Fertigung von sensorisierten Elektrodenpackages mit einer Zellfläche von 100cm² angestrebt, die zusätzlich zu einem Referenzsystem im Versuchsblock betrieben werden.

Was wurde im Projekt schon erreicht?

Ausleseelektronik (bei Inbetriebnahme) Photo: Hahn Schickard

Ein Foliensystem wurde zunächst mit kommerziellen Sensorelementen, in der Folge mittels Dünnschichttechnik sensorisiert und erprobt. Die Ausleseelektronik bestehend aus Cell-Nodes und einem Block-Host und der zugehörigen Embedded-Software wurde entwickelt, in Betrieb genommen und getestet. Erprobung zusammen mit dem Foliensystem und im Block steht noch aus.

Was kann die Industrie dazu beisteuern?

Sicherheitstechnik Know-How, Elektronik- und Foliensystem-Fertigung (inkl. Bestückung) und Verguss.