NIP II - FUE - VERBUND: "Robuste Wasserstoffdrucksensoren durch neuartige Barriere-Schichten" (RoWaBaSch)

Abstract

Das Gesamtziel des Projektes war die Entwicklung eines robusten Wasserstoffsensors bestehend aus einer V4A Edelstahl-Zelle, welche über eine 22 mm Schraubverbindung an Wasserstoff- Leitungen oder -Tanks montiert werden kann. Die Zelle hat eine 200 μm dünne Biegeplatte, welche sich druckabhängig reversibel verformt. Eine Barriereschicht auf der Edelstahlzelle soll die Diffusion von Wasserstoff vermindern, welcher das Nullpunkt-Signal der auf der Biegeplatte montierten Dehnungsmessstreifen beeinflussen kann. Das Teilziel des INM war die Entwicklung eines Barriere-Schichtmaterials, welches sich mit technisch einfachen nasschemischen Verfahren wie Sprühen oder Tauchen auftragen lässt. Im INM bestand vor dem Projektbeginn zum Patent angemeldetes Knowhow in der Entwicklung von glasartigen Sol-Gel Materialien, welche sich mit Einbau von nano- oder mikro-skaligen keramischen Partikeln modifizieren lassen. Solche Schichten eignen sich u.a. als Korrosions- und Verschleißschutzschichten auf Edelstahl sowie als elektrische Isolationsschicht mit Metallionen-Barriere-Eigenschaft auf Edelstahlfolien im Einsatz in flexiblen CIGS-Dünnschicht-Solarzellen. Als Stand der Technik waren zum Projektstart Wasserstoff-Barriereschichten aus Metalloxiden und -nitriden (z.B. Al2O3, TiAlN) bekannt, welche im einem technisch aufwendigem Vakuumabscheideverfahren (Sputtern) aufgetragen werden. Außerdem war aus der wissenschaftlichen Literatur die Wasserstoff-Barrierewirkung von geschmolzenem Glas bekannt sowie die Barrierewirkung von Zirkonoxid-Sol-Gel Schichten, welche allerdings in einem aufwendigen Verfahren von 20 Tauchbeschichtungsschritten mit thermischer Zwischenhärtung hergestellt waren.