Senseur d'impression H2
Capteurs de pression adaptés à l'hydrogène à partir de corps de capteurs en céramique avec des couches de capteurs hautement sensibles

Le projet s’inscrit dans le cadre du programme BMWi «Innovations pour la transition énergétique» et porte sur le développement de capteurs de pression adaptés à l’hydrogène. À l'aide de corps de capteurs en céramique et de couches minces très sensibles à la déformation, des capteurs de pression parfaitement adaptés aux applications utilisant l'hydrogène, un élément clé de la transition énergétique, doivent être développés.

Le projet est une association tripartite d'un fabricant de capteurs de pression, d'un développeur de céramique et du groupe de recherche sur la technologie des capteurs et la technologie des couches minces de la Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes sous la direction du professeur Schultes.

problématique

Considéré comme un candidat prometteur pour le remplacement des combustibles fossiles, l’hydrogène est l’un des éléments clés de la solution de la transition énergétique.
Pour des applications telles que les véhicules à pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène, il est impératif de déterminer la pression du gaz d'hydrogène comprimé. Cependant, la mesure de la pression de l'hydrogène pose deux problèmes fondamentaux: diffusion et fragilisation de l'hydrogène.
Les molécules d'hydrogène mobiles peuvent facilement se propager à travers les capteurs de pression courants avec des corps de déformation métalliques en contact direct avec les fluides et provoquer des fragilisations pouvant entraîner une défaillance du capteur. Si l'hydrogène atteint la couche du capteur, il peut y avoir une modification des résistances de mesure électriques et, par conséquent, une dérive du signal. Par conséquent, des aciers austénitiques non fragilisants (p. ex. 1.4404, 1.4435) sont généralement utilisés et les corps du capteur sont équipés de barrières de diffusion (p. ex. couche d'or). Il peut néanmoins y avoir une dérive du signal des capteurs, en particulier à des températures élevées.

Objectif

En combinant des corps de déformation en céramique résistants avec un très faible taux de perméation de l'hydrogène et des couches minces hautement sensibles, des capteurs de pression fiables et résistants aux pannes sont conçus spécifiquement pour les applications à l'hydrogène.

Procédure à suivre

Au lieu de l'acier, des matériaux céramiques doivent être utilisés pour les corps de déformation. En collaboration avec des experts en céramique et un fabricant de capteurs, nous développons des corps de déformation qui, d'une part, présentent de faibles taux de perméation de l'hydrogène et, d'autre part, possèdent de bonnes propriétés mécaniques, ce qui est essentiel pour une utilisation en tant que corps de capteur.
Dans l'étape suivante, les corps en céramique sont équipés de couches minces sensibles à l'étirement, de sorte que l'étirement du corps de déformation peut être converti en un signal électrique proportionnel à la pression. Des couches pulvérisées très sensibles d'une épaisseur d'environ 100 nm seulement sont utilisées. La grande sensibilité à la déformation des couches permet de réduire les contraintes mécaniques dans la céramique tout en obtenant un signal de capteur suffisamment élevé. Afin de réduire autant que possible la sensibilité des couches de capteurs à l'hydrogène, les couches sont examinées séparément et optimisées pour une utilisation avec de l'hydrogène. Grâce à une technique de connexion adaptée à la céramique et à la connexion d'une électronique de capteur, des capteurs de pression fiables et de haute précision sont finalement créés, parfaitement adaptés au milieu hydrogène.

Traitement du projet: Dennis Wachter, M. Sc.; Maximilian Mathis, M. Sc.
Direction du projet: Prof. Dr. Günter Schultes
Durée: 01.07.2020 – 30.09.2022
Financé par: BMWi

Rapport final
Catégorie: Détection intelligente multimodale

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