Otto Johannsen-Preis im SoSe 2022
wird an Max Eberle verliehen

Max Eberle erhält für seine Bachelorarbeit an der Fakultät Life Science:

Konzeptentwicklung eines Plasma-Sensors basierend auf Widerstandsmessung und Spektroskopie zur Wasserstoff-Prozessanalytik in Brennstoffzellen

den Otto Johannsen-Preis im SoSe 2022.

Kurzfassung Bachelorthesis SoSe 2022

 Konzeptentwicklung eines Plasma-Sensors basierend auf Widerstandsmessung und Spektroskopie zur Wasserstoff-Prozessanalytik in Brennstoffzellen

Im Zuge der Energiewende wird Wasserstoff als CO2-freier Energieträger ein stetig steigender Stellenwert zugeschrieben. In diesem Kontext gewinnen auch Brennstoffzellen, insbesondere die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC), als Mittel zur Rückverstromung zunehmend an Bedeutung. Eine generelle Problematik dieser Brennstoffzellensysteme ist die signifikante An-fälligkeit gegenüber Verunreinigungen im anodisch zugeführten Wasserstoff. So können bereits Spuren (ppb – ppm) einiger dieser Verunreinigungen (z.B. CO, CO2, NH3, schwefelhaltige Gase, etc.) zu einer schwerwiegenden Schädigung der Brennstoffzelle führen. Zur Vorbeugung kostenintensiver Schädigungen durch Wasserstoffverunreinigungen spezifizieren die Normen DIN EN 17124 und ISO 14687 verschiedene Analyten und korrespondierende Grenzwerte, die es zu überwachen gilt. Aktuell existieren auf dem Markt bereits Systeme, welche die in den Normen geforderten Parameter zuverlässig erfassen können. Diese Analysesysteme sind aller-dings sehr kostenintensiv und größenbedingt nur in stationären Anwendungen einsetzbar.

In dieser Arbeit wurde das Konzept eines prozessanalytischen Plasma-Sensors zur einfachen, robusten und kostengünstigen Wasserstoffqualitätsüberwachung in Brennstoffzellen entwickelt. Das System basiert auf einer Plasma-Messzelle, ähnlich einer Neon- oder Leuchtstoff-röhre, welche an eine Hochspannungsquelle gekoppelt wird. Nach Evakuierung des Systems zündet durch Einkopplung des elektrischen Feldes eine Plasmaentladung innerhalb der Mess-zelle. Die Eigenschaften des resultierenden Plasmas sind dabei maßgeblich von der Gaszusammensetzung innerhalb der Messzelle abhängig. So war es möglich, sowohl spektroskopisch als auch elektrisch über eine Wheatstonesche Messbrücke Variationen in der Gaszusammensetzung sehr sensitiv zu detektieren. Das entwickelte Konzept zeigt insbesondere durch die hohe Empfindlichkeit großes Potential für den Einsatz in der Wassersstoffanalytik. Durch die Kompaktheit des entwickelten Sensors ist weiterhin auch der Einsatz in mobilen Brennstoffzellen-systemen, z.B. in Kraftfahrzeugen oder Lastkraftwagen, möglich.