Die H2-Gassensorik spielt eine entscheidende Rolle in der Sicherstellung, der Zuverlässigkeit und Effizienz von neuen Automobil-Antrieben. Sie ermöglicht die präzise Messung von H2-Konzentrationen, um potenzielle Gefahren zu erkennen und den Betrieb der neuen Antriebe zu optimieren.

In einer Welt, in der nachhaltige Mobilität immer mehr an Bedeutung gewinnt, wird Wasserstoff als eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Antriebsarten gehandelt. Wasserstoff-Brennstoffzellen und Wasserstoff-Verbrennungsmotoren haben das Potenzial, den Verkehrssektor zu revolutionieren und die Umweltbelastung zu reduzieren. Eine Schlüsselkomponente, um diese Technologien sicher und effizient zu betreiben, ist die H2-Gassensorik. Es gibt diverse gut bekannte H2-Sensorprinzipien. Keines dieser Sensorprinzipien alleine erfüllt die hohen Anforderungen der Automobiler an H2-Konzentrationsauflösung, Druck-, Temperatur- und Feuchtebereich. Anders bei den Sensoren der neo hydrogen sensors GmbH. Aus langjähriger Erfahrung und diversen Entwicklungsprojekten mit Automobilbauern und deren Zulieferern ist es gelungen, automobilkonforme H2-Gaskonzentrationssenoren zu entwickeln. Es bedarf einer Kombination aus verschiedenen Einzelsensoren, die teilweise nanostrukturiert sind, gekoppelt mit intelligenten Algorithmen. Die neo hydrogen sensors GmbH bietet neue H2-Konzentrationssensoren fürs Automobil der Zukunft an, die im Folgenden anhand von drei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen wie Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebene Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren und Elektrofahrzeuge mit klassischen Batterien dargestellt werden.

1. H2-Sensor für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge
Der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Sensor NEO9XXHT (Abb.1) ist ein technologischer Meilenstein in der Entwicklung von Elektrofahrzeugen mit Brennstoffzelle (Fuel Cell Electrical Vehicle, FCEV). Der Sensor misst präzise die Wasserstoffkonzentration im Anoden-Rezirkulationskreis einer Brennstoffzelle (0-100 vol.-%), im Abgas einer Brennstoffzelle (0-10 vol.-%) oder in der Fahrerkabine (0-5 vol.-%). Durch die Echtzeitüberwachung ermöglicht er eine optimale Betriebsführung, er verhindert unerwünschte Effekte wie Über- oder Unterdosierung von Wasserstoff oder warnt vor zu hohen gefährlichen H2-Konzentrationen in der Fahrerkabine oder im Abgas. Die innovative Technologie hinter diesem Sensor beruht auf hochsensiblen Nanomaterialien, die speziell für die Detektion von Wasserstoffgas entwickelt wurden. Diese Materialien ermöglichen eine äußerst schnelle und präzise Messung, was die Effizienz und Sicherheit von Wasserstoff-Brennstoffzellen erheblich steigert.

2. H2-Sensor für Wasserstoff-Verbrennungsmotor
Für H2-Verbrennungsmotoren (Internal Combustion Engine, ICE) ist ein zuverlässiger Gassensor im Abgas von entscheidender Bedeutung. Der NEO952 (Abb. 2) gewährleistet eine sichere und effiziente Verbrennung von Wasserstoff, was zu einer optimalen Leistung und niedrigeren Abgas-Emissionen führt. Es kann somit im Abgas von Verbrennungsmotoren (0-5 vol.-%) bei Temperaturen von bis zu 400 °C präzise gemessen werden. Der Sensor für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren basiert auf einer speziell entwickelten Kombination aus katalytischen Materialien und fortschrittlichen Detektionstechniken auf Wärmeleitfähigkeitsbasis. Das katalytische Material besteht aus Pt-Nanopartikel auf nanostrukturiertem TiOx (REM-Bild Abb. 3). Die Pt-Nanopartikel bringen den Wasserstoff zur Dissoziation und das nanostrukturierte TiOx bringt den Sauerstoff aus der Abluft zur Adsorption, so dass beide Gas zu Wasser und Wärme reagieren können. Diese Kombination ermöglicht eine äußerst genaue Messung der Wasserstoffkonzentration im Verbrennungsluftstrom, was zu einem effizienten und umweltfreundlichen Antrieb führt.

3. H2-Sensor für Batterie-Elektrofahrzeuge
Wie jüngste Ereignisse zeigen ist die Explosion von klassischen batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (Battery Electrical Vehicle, BEV) nicht selten. Die H2-Gassensorik könnte in Zukunft eine entscheidende Rolle spielen, da Minuten vor einer Explosion bzw. dem Metallbrand Wasserstoff ausgestoßen wird. Der H2-Sensor NEO1002 (Abb. 4) überwacht neben der Wasserstoffkonzentration auch den Druck, die Temperatur und die Feuchte in der Batterie. Somit lassen sich u.a. ein Thermisches Durchgehen (engl. thermal runaway) der Batterie frühzeitig detektieren und vor einem Batterie-Metallbrand warnen. Durch den Einsatz hochentwickelter Sensortechnologie, die speziell auf die Anforderungen von Elektrofahrzeugen zugeschnitten ist, wird die Effizienz des Gesamtsystems optimiert und ein sicherer Betrieb der Batterie gewährleistet.

Fazit
Die Entwicklung von präziser H2-Gassensorik für hohe Druck-, Temperatur- und Feuchtebereiche ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Mobilität. Die vorgestellten Sensoren für Wasserstoff-Brennstoffzellen, Wasserstoff-Verbrennungsmotoren und Elektrofahrzeuge stellen als Schlüsselkomponenten einen bedeutenden Fortschritt dar, der die Effizienz und Sicherheit dieser Technologien erheblich verbessert.

neoxid group

Technologische Basis

• Smart actors
• Nanostrukturierte Pt/TiOx-Chips
• Sensorik
• Wärmeleitfähigkeitssensorik

Innovation

• Safety & Security

Anwendungsfeld im Automobil

• Sicherheit
• Neue Antriebe

Impact

• Effizienzsteigerung
• Unfall- und Gefahrenvermeidung

Abbildung 1: H2-Sensor NEO9XXHT © neoxid group
Abbildung 2: H2-Sensor NEO952 © neoxid group
Abbildung 3: Pt/TiOx REM-Aufnahmen © neoxid group
Abbildung 4: H2-Sensor NEO1002 © neoxid group