Les véhicules à pile à combustible ont besoin d'hydrogène pour fonctionner, mais cet hydrogène doit être exempt de tout contaminant qui pourrait endommager la pile à combustible. Le professeur Andreas Schütze et son équipe de recherche à l'Université de la Sarre collaborent avec des partenaires de recherche pour développer un système de capteurs qui peut fournir une surveillance in situ continue de la qualité de l'hydrogène dans les stations de ravitaillement en hydrogène. La cellule de mesure infrarouge sera installée à l'intérieur de la station de remplissage d'hydrogène et devra fonctionner dans des conditions très difficiles.

Le système de capteurs doit fonctionner de manière fiable, malgré des pressions extrêmement élevées et des temps de ravitaillement courts. Le nouveau système de capteurs fera l'objet d'essais opérationnels cet automne. L'équipe de recherche de Sarrebruck sera à la Hannover Messe de cette année à partir du 1er avril, où ils présenteront leur banc d'essais haute pression sur le stand de la recherche et de l'innovation de la Sarre (Hall 2, Stand B46).

Les voitures n'aiment pas si elles sont obligées de fonctionner avec des carburants de mauvaise qualité ou de faible pureté. Et il en va de même pour les véhicules propulsés par la technologie des piles à combustible. Le conducteur d'un véhicule à pile à combustible fait le plein d'hydrogène plutôt qu'un carburant fossile, mais même l'hydrogène peut être contaminé. Les impuretés telles que les composés soufrés, l'ammoniac ou les hydrocarbures peuvent tous contaminer l'hydrogène pendant le processus de production, pendant le transport vers la station d'hydrogène ou pendant le processus de remplissage. Et cela peut rendre la conduite beaucoup moins agréable.

"Les contaminants peuvent en fait empoisonner la pile à combustible, " explique le professeur Andreas Schütze, expert en capteurs, de l'Université de la Sarre. Même de faibles niveaux d'impuretés peuvent endommager les membranes des piles à combustible. la pile à combustible produit moins d'électricité, la puissance de sortie est réduite et le véhicule parcourt des distances plus courtes. Au pire des cas, la pile à combustible sera endommagée de manière irréversible et la voiture s'arrêtera tout simplement de fonctionner.

Pour empêcher les choses d'aller aussi loin, Schütze et son équipe ont travaillé avec des partenaires de recherche pour développer une technologie qui garantit que la pile à combustible n'est alimentée qu'avec de l'hydrogène de haute pureté, prolongeant ainsi la durée de vie de la pile à combustible. Les partenaires du projet comprennent l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE et Hydac Electronic GmbH.

Jusqu'à maintenant, la pureté de l'hydrogène a été déterminée en analysant des échantillons en laboratoire. A l'Université de la Sarre et au Zema—Center for Mechatronics and Automation Technology à Sarrebruck, les chercheurs travaillent sur un système de capteurs qui surveille en permanence la qualité de l'hydrogène pendant le processus de ravitaillement. « L'enjeu est double :mesurer au niveau de précision requis et faire face aux conditions dans lesquelles le système de capteurs doit fonctionner, " explique Schütze. Le processus de ravitaillement utilise des pressions d'hydrogène de 700 à 900 bars et dure moins de trois minutes.

L'équipe de recherche développe donc une cellule de mesure infrarouge capable de mesurer de manière fiable et précise dans ces conditions extrêmes. Les très hautes pressions auxquelles leurs capteurs sont exposés sont utilisées par l'équipe pour améliorer encore la sensibilité de leur procédé.

Andreas Schütze et son équipe de recherche ont déjà produit des cellules de mesure commercialisables pour surveiller la qualité des huiles et autres liquides. Mais les pressions auxquelles les chercheurs doivent désormais faire face signifient qu'ils sont en territoire inconnu.

"Jusqu'à maintenant, personne n'a fait de mesures de ce type à des pressions aussi élevées. Normalement, ces sortes de mesures sont effectuées à des pressions ne dépassant pas 40 ou 50 bars, " explique Andreas Schütze. La cellule de mesure du gaz inodore H2 est installée à l'intérieur de la station de ravitaillement en hydrogène et le carburant hydrogène circule dans un petit tube. " Nous éclairons le gaz qui traverse le tube avec la lumière d'une source infrarouge et nous collectons la lumière passant de l'autre côté du tube. S'il y a eu un changement dans la composition chimique du gaz, le spectre infrarouge changera en conséquence. Cela nous permet de détecter la présence d'additifs ou de contaminants indésirables, " explique le professeur Schütze.

Les membres de son équipe de recherche mènent actuellement des expériences et attribuent des signaux d'absorption infrarouge particuliers aux divers contaminants. Ils déterminent également quelles longueurs d'onde du spectre infrarouge sont les plus appropriées pour les mesures et calibrent le système. Ces importantes étapes préparatoires doivent être achevées avant cet automne, lorsque le système de capteurs sera installé dans une station de ravitaillement en hydrogène pour des essais opérationnels. "L'une des questions que nous étudions en ce moment est de savoir si et comment l'intensité du spectre infrarouge que nous mesurons change avec la pression. Le système de capteurs doit être capable de détecter de manière fiable une gamme de contaminants à des niveaux de concentration nettement inférieurs à ce que nous trouvons. dans les huiles, " explique Marco Schott, un doctorant travaillant sur la cellule de mesure de l'hydrogène.