新的传感器系统可确保加氢站的燃料质量

工程学毕业生Marco Schott是Schütze教授团队的博士生，他正在研究氢气测量池，并配备了高压测试装置，该装置将在汉诺威工业博览会上展出。图片来源：Oliver Dietze

燃料电池汽车需要氢气才能运行，但是氢气必须不含任何可能损坏燃料电池的污染物。萨尔大学的AndreasSchütze教授及其研究团队正在与研究伙伴合作开发一种传感器系统，该系统可以对加氢站的氢气质量进行连续的原位监测。红外测量池将安装在加氢站内部，并且必须在非常困难的条件下运行。

尽管压力极高且加油时间短，但传感器系统仍必须可靠地工作。新的传感器系统将在今年秋天进行操作试验。

如果汽车被迫使用低质量或低纯度的燃料，他们将不喜欢它。采用燃料电池技术的汽车也是如此。燃料电池汽车的驾驶员充满的是氢气，而不是化石燃料，但即使氢气也可能被污染。杂质，例如含硫化合物，氨或碳氢化合物，都可能在生产过程中，运输到氢气站或重新填充过程中污染氢气。这样可以减少驾驶的乐趣。

萨尔大学（Saarland University）的传感器专家安德烈亚斯·舒泽（AndreasSchütze）教授解释说：“污染物实际上可能使燃料电池中毒。” 甚至少量的杂质也会损坏燃料电池膜。结果，燃料电池产生更少的电力，功率输出减少并且车辆行驶更短的距离。在最坏的情况下，燃料电池将被不可逆转地损坏，汽车只会停止行驶。

为了阻止事情的发展，Schütze和他的团队一直在与研究合作伙伴一起开发技术，以确保仅向燃料电池提供高纯度氢气，从而延长了燃料电池的使用寿命。项目合作伙伴包括弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE和Hydac Electronic GmbH。

到目前为止，氢气的纯度是通过在实验室中分析样品来确定的。在萨尔大学（Saarland University）以及萨尔布吕肯（Saarbrücken）的机电与自动化技术中心Zema，研究人员正在研究一种传感器系统，该系统可以在加油过程中连续监测氢气的质量。“挑战是双重的：以所需的精度进行测量并应对传感器系统需要工作的条件，”Schütze说。加油过程使用700至900 bar的氢气压力，持续时间不到三分钟。

因此，研究团队正在开发一种可以在这些极端条件下可靠且准确地进行测量的红外测量单元。他们的传感器所承受的极高压力被团队用来进一步提高其过程的灵敏度。

安德烈亚斯·舒泽（AndreasSchütze）和他的研究团队已经生产出了可销售的测量单元，用于监控油和其他液体的质量。但是研究人员现在必须应对的压力意味着他们处于未知领域。

“到目前为止，还没有人在如此高的压力下进行过此类测量。通常，这类测量是在不超过40或50 bar的压力下进行的，” AndreasSchütze说。无味气体H2的测量单元安装在加氢站内，氢燃料流经小管。“我们用来自红外光源的光照射通过管子的气体，然后收集从管子另一侧发出的光。如果气体的化学成分发生了变化，则红外光谱将相应地发生变化。 “这使我们能够检测到有害的添加剂或污染物的存在，”Schütze教授解释说。

他的研究小组的成员目前正在进行实验，并为各种污染物分配特定的红外吸收信号。他们还确定了红外光谱中最适合测量的波长，并且正在对系统进行校准。这些重要的准备阶段需要在今年秋天之前完成，届时，传感器系统将安装在加氢站中进行操作试验。“目前我们正在研究的问题之一是，我们测量的红外光谱强度是否以及如何随压力变化。传感器系统 必须能够可靠地检测出浓度远低于我们在油中发现的浓度范围内的一系列污染物，”研究氢气测量单元的博士生Marco Schott解释说。

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