Wasserstoffproduktion
Auf der Erde kommt Wasserstoff nur in Verbindung mit anderen Elementen vor. Eine der bekanntesten und häufigsten Verbindungen besteht mit Sauerstoff in Form von Wasser. Um daraus grünen Wasserstoff zu gewinnen, wird Wasser im Elektrolyseverfahren unter Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aufgespalten. Dies geschieht zum Beispiel mithilfe von Protonen-Austausch-Membranen (englisch Proton Exchange Membrane, PEM). Diese befinden sich in sogenannten PEM-Zellen, die aus verschiedenen Schichten bestehen: Kathode und Anode umschließen die Membran und werden jeweils mit Katalysatorschichten versehen. Zusammen ergeben diese Schichten die Membran-Elektroden-Einheit (Membrane Electrodes Assembly, MEA). Zusammen mit einer beidseitigen Gasdiffusionsschicht und zwei Bipolarplatten (BPP) ergeben sie eine PEM-Elektrolysezelle. Um bei der industriellen Herstellung von Wasserstoff möglichst hohe Erträge zu erzielen, werden hier gleich mehrere solcher Zellen zu einem Stack gestapelt.
Eine PEM-Elektrolysezelle besteht aus vielen Schichten.
Automatisierte Produktion von PEM-Zellen und PEM-Stacks
Bisher erfolgt die Zusammensetzung der einzelnen Lagen eines PEM-Stacks meist mit viel Zeitaufwand manuell. Um effizient und wirtschaftlich große Stückzahlen zu produzieren, bedarf es einer zunehmenden Automatisierung der Stack-Fertigung. So können etwa Roboterarme die Stapelung der Schichten einer PEM-Elektrolysezelle übernehmen und abwechselnd MEA und BPP aufeinander legen. Damit hier keine Fehler passieren, sind verschiedene Produkte von Pepperl+Fuchs dafür geeignet, die automatisierte Fertigung zu unterstützen.
Innovative Sensorik unterstützt die automatisierte PEM-Stack-Fertigung.
Bei der Fertigung der PEM-Zellen und -Stacks muss sichergestellt werden, dass keine Schicht doppelt aufeinander gelegt wird. Liegen zwei MEA fälschlicherweise aufeinander, ist die PEM-Zelle nicht funktionsfähig und macht damit den Stack unbrauchbar. Um dies zu vermeiden, kommen Doppelbogensensoren von Pepperl+Fuchs zum Einsatz. Sie sind in der Lage, Mehrfachlagen zu erkennen, indem sie Grenzschichten, also den Übergang zu einem Luftspalt, detektieren. So stellen sie sicher, dass der Roboterarm jeweils nur eine MEA aufnimmt und nicht versehentlich zwei.
Doppellagen der Bipolarplatten müssen bei der PEM-Zellen-Fertigung ebenfalls vermieden werden. Hier können die hochpräzisen Ultraschallsensoren der Serie F77 dabei unterstützen, solche Doppellagen zu erkennen. Indem sie den Abstand zur darunterliegenden Platte mit einer Genauigkeit von 0,2 mm messen, können sie auf die Höhe der Platte schließen und so erkennen, ob fälschlicherweise zwei BPP aufeinander liegen.
Die Stapelung der verschiedenen Schichten der PEM-Zellen muss sehr präzise erfolgen. Optoelektronische Einweglichtschranken von Pepperl+Fuchs können hier bei der exakten Positionierung der Lagen unterstützen. Sie sind in der Lage, Kanten hochgenau zu erkennen, und detektieren so zuverlässig mögliche überstehende Lagen.
Kommunikation über IO-Link
Die innovativen Sensoren von Pepperl+Fuchs, die eine automatisierte PEM-Stack-Fertigung unterstützen, verfügen über standardisierte IO-Link-Schnittstellen. Darüber können Anwender nicht nur Einstellungen vornehmen und verändern, sondern auch Zustandsdaten abfragen. Die dazugehörigen IO-Link-Master übertragen diese Daten über OPC-UA an übergeordnete Systeme, sodass sie etwa für Analysen und Simulationen genutzt werden können. Damit erfüllen die eingesetzten Sensoren alle Voraussetzungen für eine moderne Fertigung im Sinne von Industrie 4.0.
Als international standardisierte, herstellerübergreifende Schnittstelle ist IO-Link ein wesentlicher Baustein der Sensorik®4.0-Lösungen von Pepperl+Fuchs. Erfahren Sie mehr über die intelligente Kommunikationstechnologie ...
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Pepperl+Fuchs ist einer der Marktführer in Entwicklung und Herstellung von elektronischen Sensoren und Komponenten für den weltweiten Automatisierungsmarkt. Kontinuierliche Innovation, hohes Qualitätsniveau und ständiges Wachstum bilden die Basis unseres Erfolges, seit mehr als 70 Jahren. Pepperl+Fuchs hat weltweit 6.300 Mitarbeiter und Produktionsstandorte in Deutschland, den USA, Singapur, Ungarn, Indonesien und Vietnam, die mehrheitlich nach ISO 9001 zertifiziert sind.