燃料電池用氫偵測感測器的新發展

 

刊登日期:2007/9/19
  • 字級

MEMS熱傳導式氫偵測感測器

如果燃料電池所使用的燃料是氫氣,那麼燃料電池的發電場所就可無所不在,加以其經運轉所排放出來的也僅有水,不致對環境造成污染,因而全球已將其視為是下世代重要的動力來源之一,而受到相當的重視。但以氫氣為燃料的燃料電池系統,最怕碰到的就是氫氣洩漏的問題。如何做好氫濃度的管理,管控燃料電池做高效率的運轉,讓燃料電池系統具有高度安全性,成為當前研發上的重大課題。

日本特殊陶業(NGK NTK)在2007年4月19日宣佈,成功開發出能預防燃料電池氫氣洩漏並具高效率發電控制的微機電(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)熱傳導式氫偵測感測器。該MEMS熱傳導式氫偵測感測器具有以下特徵:(1)藉由採用了矽MEMS技術的隔膜(Diaphragm)構造的微加熱器(Micro Heater),以及經過集積處理之溫度感測器的超小型偵測元件(如圖一),得以檢測出因微量氫所造成極微小的熱傳導率變化(氫的冷卻)的情形;(2)具有可從微加熱器與溫度感測器的信號,以16 位元微控制器(Micro Controller) 建構出精緻之偵測醇毒化的電子回路。將這兩大技術特點應用在堅固的感測封套(Sensor Housing)內,經封裝(Packaging)處理之後,縱使直接插入於如燃料電池配管一般的高濕度環境下,也一樣能進行氫氣的檢測。
 

圖一 日本特殊陶業的氫偵測元件 
圖一 日本特殊陶業的氫偵測元件

來源:日本特殊陶業

半導體氫偵測感測器

專業從事生產半導體氫偵測感測器的廠商FIS公司,為強化其產品而於2005年4月15日宣布開發出較採用其他方式的氣體感測器更具敏感度、反應速度、壽命長、免維修,且價格低廉的新產品。該公司配合汽車廠商需求依規格進行開發,針對燃料電池車的動作溫度範圍在-40℃~+125℃,期望能在燃料電池車的領域占有龐大之市場地位。

一般而言,半導體氣體感測器是採用具有半導體性質的氧化錫(SnO2)的感應氣體和加熱器(Heater)一起形成於基板上的構造。半導體氫偵測感測器的技術開發門檻較高,需要能製造出擁有長期的穩定特性與分辨檢測氣體種類的能力,過去松下電器產業、東芝與美國 Motorola 都曾相繼投入研發,如今都逐漸自市場退出,目前在市場上能提供需求的廠商並不多見。FIS公司即是運用了獨家經燒結氧化錫粒子做出多孔質材料的技術,以及調配添
加物的種類與方法使其能分辨檢測氣體種類的專業技術,得以領先群雄。

 

圖    FIS公司的半導體氫偵測感測器 
圖    FIS公司的半導體氫偵測感測器

來源:Techno Associates公司


分享