Feuchtemessung in Brennstoffzellen
Klimaschutz ist ein Megatrend in unserer Gesellschaft. Das Pariser Klimaabkommen sieht vor, dass wir bis 2050 klimaneutral sein sollen, um die Erderwärmung auf maximal +1,5 Grad zu begrenzen. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, wurden mit dem europäischen Green Deal inzwischen zahlreiche Maßnahmen beschlossen. Eine hocheffiziente und emissionsfreie Alternative zu herkömmlichen Methoden der Stromerzeugung ist die Brennstoffzelle. Mit dem Feuchte- und Temperatursensor EE33-T17 und der digitalen Feuchte- und Temperaturmesszelle HTE501 trägt E+E Elektronik dazu bei, die Technologie zu industrialisieren und die Effizienz der Aggregate zu steigern.
Weltweit haben sich viele Regionen - insbesondere Europa, den USA und Asien - ehrgeizige Ziele für den Ausbau alternativer Energieerzeugungssysteme gesetzt. Die Ziele umfassen die Förderung von CO2-freien Kraftwerken sowie die Förderung von sauberer Energie. Alle Zeichen stehen also auf CO2-Reduktion. Eine mögliche Alternative ist die Energieerzeugung über Brennstoffzellen.
![[Translate to Deutsch:] Areas of application for fuel cells](/fileadmin/_processed_/6/a/csm_FuelCells_Grafik2_gr%C3%BCn_f86b46dd2e.jpg)
Brennstoffzellen wandeln chemische Energie direkt und ohne Verbrennung in elektrische Energie und Wärme um. Die Effizienz einer Brennstoffzelle hängt im Wesentlichen vom Wasser- und Temperaturhaushalt innerhalb der Zelle ab. Umso wichtiger ist ein zuverlässiges, langzeitstabiles Monitoring dieser Faktoren. Keine leichte Aufgabe. Die anspruchsvolle Umgebung sowie die lange Lebensdauer erfordern hochsensible Messgeräte, die einer dauerhaften Beanspruchung standhalten.
Condition Monitoring zur Effizienzsteigerung von Brennstoffzellen
Das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen basiert auf der Umwandlung der chemischen Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs (H2) und eines Oxidationsmittels (O2) in elektrische Energie. Eine der gängigsten Brennstoffzellentypen ist die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM). Bei einer PEM reagiert der zugeführte Wasserstoff mit Hilfe eines Katalysators an einer Anode und bildet dabei Elektronen und Wasserstoffkerne (Protonen). Die Protonen werden über eine entsprechend durchlässige Membran zu Kathode transportiert, wo sie mit dem dort zugeführten Sauerstoff zu Wasser reagieren. Die Elektronen werden über einen externen Kreislauf abgeleitet und bilden somit den elektrischen Strom. Der Einsatzbereich von Brennstoffzellen ist vielfältig. Neben stationären Varianten zur dezentralen Energieerzeugung zählt vor allem die Fahrzeugindustrie zu den Schlüsselbranchen.
Die Effizienz einer Brennstoffzelle ist durch verschiedene Faktoren eingeschränkt. Einige wesentliche Mechanismen, die diese Faktoren beeinflussen, hängen von den Umgebungsbedingungen innerhalb der Zelle ab. Wenn Temperatur- und Feuchtehaushalt nicht entsprechend geregelt werden, altern Katalysator und Membran schneller. Die Zelle verliert an Leistung und wird unter Umständen sogar zerstört. Die Protonenleitfähigkeit der Membran und damit die Leistung und Lebensdauer einer Brennstoffzelle steigt proportional mit dem Wassergehalt der Polymermembran. Daher muss diese ständig feucht gehalten werden. Das wird in der Regel durch die Befeuchtung der Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff über eine präzise Wasserpumpe erreicht. Mit Hilfe der Feuchtemessung im Brennstoffstrom kann dieser Prozess kontinuierlich überwacht und gegebenenfalls angepasst werden.
"Durch den europäischen Green Deal und die Dekarbonisierungsbewegung erlebt die Wasserstoffbranche einen Aufschwung. E+E Elektronik bietet Lösungen für Brennstoffzellenantriebe vom Messgerät bis zum hochgenauen digitalen Feuchteelement, das speziell für anspruchsvolle Anwendungen wie hohe Luftfeuchtigkeit entwickelt wurde."
Carina Baumgartner, Key Account Manager Business Area "Elements & Modules"
Die Lösung: Der EE33-T17 und der HTE501 von E+E Elektronik
Mit dem Feuchte- und Temperatursensor EE33-T17 für Test- und Prüfstände sowie dem Feuchte- und Temperatursensorelement HTE501 für maßgeschneiderte Lösungen können hochgenaue, langzeitstabile Messungen auch unter rauen Bedingungen durchgeführt werden. Dies liegt insbesondere an der kontrollierten Beheizung der Sensorelemente, die trotz hochfeuchter Umgebung exakte Messergebnisse erlaubt. Eingesetzt wird der Sensor direkt nach dem Befeuchter in der Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr. Damit wird sichergestellt, dass die Membran kontinuierlich ausreichend befeuchtet wird.
Darüber hinaus bietet E+E Elektronik maßgeschneiderte Lösungen für kundenspezifische Anwendungen. Mit dem HTE501 als Sensorelement können so individuelle Module entwickelt und produziert werden.
"Brennstoffzellen sind hochsensible Energiequellen. Um Schäden - zum Beispiel durch eine Fehlfunktion des Befeuchters - zu vermeiden, kann der EE33-T17 eingesetzt werden, der auch unter rauen Umweltbedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit langzeitstabil misst und den besonderen chemischen Belastungen standhält. Die EE33-T17 Technologie wird in unzähligen Prüfständen eingesetzt und sorgt für höchste Effizienz und Lebensdauer der Brennstoffzelle."
Angelos Grantsanlis, Sales Manager E+E Elektronik Deutschland GmbH
