DE102004011731A1

DE102004011731A1 - Robuste Palladium-basierte Wasserstoffsensoren

Info

Publication number: DE102004011731A1
Application number: DE102004011731A
Authority: DE
Inventors: John P. Newbury Park Eblen jun.; Albert D. West Hills Tomassian; Jeffrey H. Chatsworth Hunt
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US20040173004A1; JP2004271525A

Abstract

Ein Wasserstoffsensor (8) weist eine Palladiumschicht (20) zur Detektion von Wasserstoff auf, z. B. in einer Umgebung, die für das Eindringen oder Erzeugen von Wasserstoff anfällig ist. Die Palladiumschicht (20) ist mit einer Barriereschicht (21) beschichtet, die das Vergiften der Palladiumoberfläche minimiert, das auf Grund von atmosphärischen Verunreinigungen wie Wasserdampf, Ammoniak, Methan, Kohlenmonoxid und/oder Schwefelkohlenstoff vorkommen kann. Dies verbessert die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors (8) beim Lokalisieren von Wasserstofffleckstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserstoffsensoren und genauer gesagt robuste Palladium-basierte Wasserstoffsensoren.
Das Detektieren von gasförmigem Wasserstoff ist eine kritische sicherheitsrelevante Technologie und zwar sowohl für Wasserstoff-betriebene Trägerraketen als auch für die aufkommende Wasserstoff-Brennstoffzellen-Infrastruktur. Es ist außerdem kritisch, Wasserstoff in Wasserstofferzeugungs- und Lagereinrichtungen zu detektieren. Im Falle von Trägerraketen birgt die kältetechnische Lagerung und der anschließende Trans port von flüssigem Wasserstoff das Risiko von Wasserstofflecks an mit Dichtungen versehenen Verbindungen. Es ist dabei kritisch, Wasserstofflecks vor der Ansammlung von brennbaren oder explosiven Konzentrationen (etwa 4 % in trockener Luft) zu detektieren und zu korrigieren.
Wasserstoffsensoren, die eingesetzt wurden, um Wasserstofflecks an Trägerraketen zu detektieren, fallen normalerweise in zwei Klassen. Eine Klasse von eingesetzten Wasserstoffsensoren sind Massenspektrometer. Für große Trägerraketen wie die Delta-IV-Rakete, ist jedoch das Ansprechverhalten von Massenspektrometern unannehmbar langsam (im Bereich von zwei Minuten). Außerdem begrenzen das Rohrsystem und die physikalische Infrastruktur in diesen großen Trägerraketen die Anzahl der Stellen zum Anbringen dieser Sensoren stark.
Eine weitere Klasse von Wasserstoffsensoren sind Palladium-basierte(Pd)-Sensoren. Diese Sensoren arbeiten entweder basierend auf reversiblen Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften von Palladium in Anwesenheit von gasförmigem Wasserstoff, oder unter Verwendung von Palladium als Katalysator für reversible chemische Reaktionen.
Auf dem Gebiet der Gasdetektion und der Gasanalyse ist es bekannt, dass, wenn metallisches Palladium Wasserstoffgas ausgesetzt ist, die Wasserstoffmoleküle an der Oberfläche des Palladiums dissoziieren und die entstehenden Wasserstoffatome in das Volumen des Palladiums diffundieren können, wobei diese gegebenenfalls eine Gleichgewichtskonzentration in dem Metall erreichen.
Es ist daher möglich, die Konzentration von gasförmigem Wasserstoff durch das Messen von einer oder mehreren physikalischen Eigenschaften des Palladiums zu messen, die durch den gelösten Wasserstoff beeinflusst werden. Typischerweise ist der gemessene Parameter eine Veränderung des elektrischen Widerstands des Palladiums oder einer Palladiumlegierung, wenn diese Wasserstoffgas ausgesetzt werden. Dünne Schichten aus Palladium oder Palladiumlegierungen werden zur Wasserstoffdetektion verwendet. Beispiele für Palladiumlegierungen sind Palladiumnickel- und Palladiumsilberlegierungen.
Ein weiterer Typ eines Palladium-basierten Wasserstoffsensors ist ein Wasserstoffsensor vom faseroptischen Typ. Dieser faseroptische Sensor besteht aus Beschichtungen am Ende einer optischen Faser, die die Anwesenheit von Wasserstoff in der Luft messen. Wenn die Beschichtung mit Wasserstoff reagiert, ändern sich deren optische Eigenschaften. Es wird hierbei Licht von einer zentralen elektrooptischen Regeleinheit in die optische Faser eingestrahlt, wobei dieses Licht von der Sensorbeschichtung entweder zurück zum zentralen optischen Detektor reflektiert wird oder in eine andere optische Faser transmittiert wird, die zum zentralen optischen Detektor zurückführt. Eine Veränderung der reflektierten oder transmittierten Intensitäten zeigt die Anwesenheit von Wasserstoff an. Diese faseroptischen Wasserstoffsensoren können in einer Vielzahl von Konfigurationen hergestellt werden, wobei diesen gemeinsam ist, dass alle dieser faseroptischen Wasserstoffsensorenkonzepte am Ende des faseroptischen Kabels eine dünne Palladiumschicht als Katalysator (Spiegel) verwenden.
Ein weiterer Typ eines Palladium-basierten Wasserstoffsensors ist ein optischer Wasserstoffsensor, der ein faseroptisches Bragg-Gitter (FBG) verwendet, um die Anwesenheit von Wasserstoff zu messen. Bei diesen Sensoren wird eine Palladiumumhüllung mit einer optischen Faser verbunden, wobei die optische Faser ein Bragg-Gitter beinhaltet. Wenn das Palladium Wasserstoff absorbiert, ändert sich die Größe der Umhüllung. Dieser Größenunterschied setzt das Bragg-Gitter unter Spannung (d.h. verändert dessen physikalischen Abmessungen), was dazu führt, dass sich die Menge an Licht ändert, die an dem Bragg-Gitter reflektiert wird. Diese Veränderung wird detektiert und in einem angeschlossenen Mikroprozessor klassifiziert, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasserstoff anzuzeigen.
Die Lebensdauer von Palladium-basierten Sensoren wird durch ein „Vergiften" des Palladiums durch atmosphärische Verunreinigungen insbesondere Wasserdampf, Ammoniak, Methan, Kohlenmonoxid und/oder Schwefelkohlenstoff begrenzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Lebensdauer von Palladium-basierten Sensoren zu erhöhen, insbesondere ohne dabei deren Kosten zu erhöhen oder deren Leistung und Zuverlässigkeit zu vermindern.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch das Bereitstellen einer physikalischen Barriereschicht, die mit der Oberfläche der Palladiumschicht eines Wasserstoffsensors gekoppelt ist und die gasförmige Verunreinigungen davon abhält, die Palladiumoberfläche des Sensors zu erreichen und diese zu „vergiften". Die vorliegende Erfindung erreicht diesen Effekt, ohne dabei unannehmbare Zeitverzögerungen in den Wasserstoffdetektionsfähigkeiten des Palladiumsensors zu erzeugen.

Um dieses vorteilhafterweise zu erreichen, wird eine dünne Schicht einer insbesondere kristallinen, anorganischen Molekularsieb(Zeolit)-Membran auf die Oberfläche eines Palladiumabschnitts des Wasserstoffsensors aufgebracht. Die Molekularsiebmembran ist so bemessen, dass diese den Wasserstoff durch Größenausschluss von Verunreinigungsspezien trennt. Das heißt, diese Schichten sind so bemessen, dass diese dem Wasserstofffluss einen minimalen Widerstand entgegenstellen, jedoch Verunreinigungen, die ansonsten die Palladium-basierten Sensoren vergiften würden, wirksam blockieren.

Palladium-basierte Sensoren, die die dünne Zeolitmembran aufweisen, minimieren ein Vergiften der Palladiumoberfläche, was in Anwesenheit von atmosphärischen Verunreinigungen wie Wasserdampf, Ammoniak, Methan, Kohlenmonoxid und/oder Schwefelkohlenstoff der Fall wäre. Dies verbessert die Leistung und die Zuverlässigkeit des Sensors beim Lokalisieren von Wasserstoffleckstellen. Dies wiederum ermöglicht schnellere Reparaturzyklen.

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Wasserstoffsensor, der in einer großen Anzahl von Anwendungen verwendet werden kann, die die Detektion von gasförmigem Wasserstoff erfordern. Das Detektieren von gasförmigem Wasserstoff ist eine kritische Sicherheitstechnologie sowohl für Wasserstoffbetriebene Trägerraketen als auch für die aufkommende Wasserstoff-Brennstoffzellen-Infrastruktur. Es ist außerdem kritisch, Wasserstoff in Wasserstofferzeugungs- und Lagervorrichtungen zu detektieren.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmender vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Palladiumbasierten Wasserstoffsensors vom faseroptischen Bragg-Gittertyp, der eine erfindungsgemäße Zeolitbarriereschicht aufweist;
2 eine Tabelle der kinetischen Moleküldurchmesser von Gasen, wobei die zwei bevorzugten Zeolitmembranbestandteile eines Abschnitts von 1 dargestellt sind; und
3 eine Draufsicht auf ein Palladium-basiertes Wasserstoff detektierendes Bauteil, das eine Wheatstone'sche Brückenschaltung aufweist, und das die Zeolitschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
In 1 ist ein Wasserstoffsensor 8 vom faseroptischen Typ gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wobei dieser einen bekannten optischen Wellenleiter oder eine optische Faser 10 aufweist, die ein eingestanztes (oder eingebettetes oder aufgedrucktes) Bragg-Gitter 12 aufweist. Die Faser 10 kann aus jedem dem Fachmann bekannten Material hergestellt werden, das es Licht 14 ermöglicht, sich entlang der Faser 10 auszubreiten. Zum Beispiel kann die Faser 10 einen Standard-Telekommunikation-Einmoden-Lichtwellenleiter enthalten.
Das Bragg-Gitter 12 umfasst ganz allgemein jedes wellenlängeneinstellbare Gitter oder reflektierende Bauteil, das in die Faser 10 eingebettet, eingeätzt, auf diese aufgedruckt oder anders in dieser Faser gebildet wird. Wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Ausdruck „Gitter" jedes dieser reflektiven Elemente. Weiterhin kann das reflektierende Element (oder Gitter) 12 zur Reflexion und/oder Transmission von Licht verwendet werden.
Das Gitter 12 reflektiert einen Teil des einfallenden Lichtes 14, wie das durch einen Pfeil 16 angedeutet ist, und zwar den Teil mit einem bestimmten Wellenlängenbereich bei einer Reflektionswellenlänge λ_b. Die verbleibenden Wellenlängen des einfallenden Lichtes 14 (innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereiches) treten durch das Gitter 12 hindurch, wie das durch den Pfeil 18 angedeutet ist.
Die Lichtmengen in Richtung der Pfeile 16 und 18 werden gemessen und durch eine angeschlossene Steuereinheit 50, die einen Mikroprozessor 52 aufweist, interpretiert.
Die Faser 10 mit dem Gitter 12 ist von einer Palladiumhülle 20 umschlossen und mit dieser verschmolzen. Die Palladium hülle 20 absorbiert gasförmigen Wasserstoff und expandiert auf Grund der Anwesenheit des absorbierten gasförmigen Wasserstoffs. Die Expansion der Palladiumhülle wird im Kern der Faser 10 und im Gitter 12 in axiale Spannung umgewandelt. Dies führt dazu, dass das Bragg-Gitter 12 als Reaktion auf die Spannung seine physikalischen Eigenschaften verändert, was die Lichtmengen in Richtung der Pfeile 16 und 18 beeinflusst. Die angeschlossene Einheit 50 liest und interpretiert diese veränderten Lichtmengen längs der Pfeile 16 und 18, typischerweise mittels des angeschlossenen Mikroprozessors 52, wodurch die Menge des detektierten gasförmigen Wasserstoffs bestimmt wird. Wenn die Menge des detektierten gasförmigen Wasserstoffs einen vorbestimmten Level erreicht oder übersteigt, kann die Einheit 50 dazu ausgelegt sein, einen Benutzer zu alarmieren.
Um das Risiko einer Kontamination der Palladiumhülle 20 durch Verunreinigung („Vergiften") und von fehlerhaften Messdaten, die durch die Einheit 50 bestimmt werden, zu vermindern, ist eine Wasserstoff-durchlässige Barriereschicht 21 mit der Oberfläche der Palladiumhülle 20 gekoppelt, und zwar in den Bereichen, die nicht in Berührung mit der Faser 10 stehen. Diese Barriereschicht 21 ist hier als eine Zeolitschicht 22 ausgebildet. Die Zeolitschicht 22 ist eine dünne Schicht eines kristallinen, anorganischen Molekularsiebmaterials, das Poren aufweist, die groß genug sind, um dem Strom von Wasserstoffgas (H₂) zur Oberfläche der Palladiumhülle 20 minimalen Widerstand zu bieten (d.h. eine Permeation zu ermöglichen), aber den Fluss anderer Gase zur Oberfläche der Palladiumhülle 20 zu verhindern (d.h. undurchlässig zu sein). Diese Gase schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Wasserdampf (H₂O), Ammoniak (NH₃), Methan (CH₄), Kohlenmonoxid (CO), und/oder Schwefelkohlenstoff.
Die Barriereschicht 21 wird vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 20 μm aufgetragen.
Die Barriereschicht 21 wird durch eine Kombination von zwei unterschiedlichen Kristallmaterialien gebildet, die so ausgelegt sind, dass diese ein Porositätsfenster aufweisen. Wie dies in 2 gezeigt ist, ist dies notwendig, da der kinetische Molekulardurchmesser von Wasserstoffgas etwa 2,9 Angström beträgt, also somit größer ist als der mancher Verunreinigungen (wie z.B. Wasser), aber kleiner ist als der anderer Verunreinigungen (z.B. Kohlendioxid und Kohlenmonoxid).
Das erste Kristallmaterial, Na₃Zn₄O(PO₄) ₃ , das in 2 mit dem Bezugszeichen 75 bezeichnet ist, weist eine Kristallstruktur auf, die für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von mehr als etwa 3,0 bis 3,2 Angström, undurchlässig ist. Das zweite Kristallmaterial, CsZn₂OPO₄, das in 2 mit dem Bezugszeichen 85 bezeichnet ist, weist eine Kristallstruktur auf, die für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von weniger als etwa 2,75 bis 2,85 Angström undurchlässig ist.
Zusammengenommen ermöglicht es die erfindungsgemäße Zeolitschicht 22 Molekülen mit einem kinetischen Molekulardurchmesser zwischen etwa 2,85 und 3,0 Angström durchzutreten (d.h. sie weist ein Porositätsfenster zwischen etwa 2,85 und 3,0 Angström auf). Wie in 2 gezeigt, ist Wasserstoffgas somit die einzig mögliche in der Tabelle aufgeführte Verunreinigung, die durch die Poren der Zeolitschicht 22 zu der Oberfläche der Palladiumhülle 20 aus 1 durchtreten kann.
Die in den 1 und 2 gezeigte Schicht 22 kann auch in andere Wasserstoff detektierende Bauteile eingearbeitet werden, wie dies dem Fachmann leicht erkennbar ist. So kann die Schicht z.B., wie dies in 3 gezeigt ist, in einem Wasserstoffdetektierten Bauteil verwendet werden, das die Anwesenheit von Wasserstoffgas elektronisch durch die Veränderung des Widerstands in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung misst.
In 3 ist ein Palladium-basiertes Wasserstoffsensorbauteil 100 dargestellt, das alle vier Widerstände einer Wheatstoneschen Widerstandsbrücke verwendet, um die Konzentration von Wasserstoffgas zu bestimmen. Das Sensorbauteil 100 besteht aus einer Quelle für elektrischen Strom (wie eine Batterie 110) und einem Galvanometer 112, das zwei parallele Zweige miteinander verbindet, die vier Widerstände 100, 102, 106, 108 aufweisen. In dieser Ausführungsform weisen die drei Widerstände 102, 104 und 106 bekannte Widerstandswerte R₁, R₂ und R₃ auf. Der vierte Widerstand 108 ist ein Palladiumwiderstand 108, der mit einer Barriereschicht 119 in Form einer dünnen Zeolitschicht 120 beschichtet ist und einen Widerstand R_Palladium aufweist.
Die Konfiguration der Widerstände 102, 104, 106 und 108 ist so ausgelegt, dass der elektrische Strom durch das Galvanometer 112 in einer wasserstofffreien Umgebung Null ist. Dies wird auch als ausgeglichene Brückenschaltung bezeichnet. Beim Aussetzen an Wasserstoff ändert sich der Widerstand R_Palladium des Palladiumwiderstands 108, was zu einer Veränderung der Spannung führt, die durch das Galvanometer 112 gemessen wird. Ein Regler 116, der einen angeschlossenen Mikroprozessor 118 und einen Speicher aufweist, ist elektrisch mit dem Galvanometer 112 gekoppelt und kann ein elektrisches Signal empfangen, das eine Veränderung der von dem Galvanometer 112 gemessenen Spannung bei einem vorgegebenen Spannungsinput anzeigt, um damit den Widerstand R_Palladium des Palladiumwiderstands und damit die Konzentration des an dem Palladiumwiderstand 108 absorbierten Wasserstoffs zu bestimmen. Der Regler 116 kann auch in dem Galvanometer 112 enthalten sein.
Der Regler 116 kann einen Benutzer alarmieren, wenn die Konzentration des an dem Palladiumwiderstand 108 absorbierten Wasserstoffs und damit die Konzentration des Wasserstoffs in der Luft, der der Palladiumwiderstand 108 ausgesetzt ist, eine vorbestimmte Grenzkonzentration überschreitet.
Der Regler 116 kann in anderen Ausführungsformen auch die Wasserstoffkonzentration bestimmen, nach dem die Wheatstonesche Brücke wieder ausgeglichen ist. In diesem Szenario werden die Widerstandswerte R₁, R₂ und R₃ der Widerstände 102, 104 und 106 bei einer gegebenen Wasserstoffkonzentration durch den Regler 116 verändert, um die Brückenschaltung auszugleichen (d.h. das Galvanometer 112 in einen Zustand zu versetzen, in dem es eine Nullspannung anzeigt). Die neuen Widerstandswerte R₁, R₂ und R₃ der Widerstände 102, 104 und 106 werden dann von dem Regler 116 dazu verwendet, den Widerstandswert R_P des Palladiumwiderstands 108 und somit die Konzentration des an dem Palladiumwiderstand 108 absorbierten Wasserstoffs zu berechnen. Der Regler 116 kann dann einen Benutzer alarmieren, wenn die Konzentration des an dem Palladiumwiderstand 108 absorbierten Wasserstoffs und somit die Konzentration des Wasserstoffs in der Luft, der der Palladiumwiderstand 108 ausgesetzt ist, eine vorgegebene Grenzkonzentration übersteigt.
Die Zeolitschicht 120 ist in Dicke und Zusammensetzung der in 1 beschriebenen Zeolitschicht 22 ähnlich, wodurch sichergestellt wird, dass nur Wasserstoffgas die Oberfläche des Palladiumwiderstands 118 erreicht.
Palladium-basierte Wasserstoffsensoren, die die dünne Zeolitmembran aufweisen, minimieren ein Vergiften der Palladiumoberfläche, das auf Grund von atmosphärischen Verunreinigungen wie Schwefelkohlenstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Ammoniak, Wasser und Methan vorkommt. Dieses verbessert die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors beim Lokalisieren von Wasserstoffleckstellen. Dieses wiederum ermöglicht schnellere Reparaturzyklen in vielen kritischen Anwendungen.
So ist z.B. im Falle von Trägerraketen oder anderen Raumfahrtanwendungen die kryogenische Lagerung und der anschließende Transport von flüssigem Wasserstoff mit Lecks an Dichtungen verbunden. Es ist dabei kritisch, Wasserstofflecks vor dem Ansammeln von brennbaren oder explosiven Konzentrationen (etwa 4 % in trockener Luft) zu detektieren und zu korrigieren. Wasserstoffsensoren wie die in 1 und 3 beschriebenen können strategisch in einer Trägerrakete verteilt werden, um für eine frühe Detektion von Wasserstoffansammlungen zu sorgen, wodurch diese gefährlichen Konzentrationen minimiert oder vollständig verhindert werden können. Weiter können dadurch, dass Lecks punktgenau detektiert werden, Reparaturen leicht durchgeführt werden, was zu einer erhöhten Lebensdauer führt.
Palladium-basierte Wasserstoffsensoren 8, 100, die eine dünne Zeolitschicht 22, 120 aufweisen, wie sie in 1 und 3 dargestellt sind, können auch an strategischen Punkten inner halb von konventionellen Brennstoffzellen angebracht werden, um Wasserstoffgaslecks zu detektieren. So kann z.B. ein Wasserstoffsensor nahe am Einlass für unter Druck stehendes Wasserstoffgas an der Anodenseite einer konventionellen Brennstoffzelle angebracht werden, die dazu verwendet wird, Wasserstoff in nutzbare Energie umzusetzen. Durch ein Minimieren von Wasserstofflecks an diesen Einlässen kann, wie es dem Fachmann sofort klar wird, pro Volumeneinheit, die in die Anodenseite der Brennstoffzelle eintritt, mehr nutzbare Energie erzeugt werden. Weiter können dadurch, dass eine punktgenaue Leckdetektion geschaffen wird, Reparaturen leicht durchgeführt werden, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Brennstoffzelle bei erhöhter Effizienz führt.

Claims

Robuster Wasserstoffsensor, mit einem Palladiumelement, das in Anwesenheit von Wasserstoffgas eine messbare Veränderung erfährt; gekennzeichnet durch eine Barriereschicht (21, 119), die mit der Oberfläche des Palladiumelements gekoppelt ist, wobei die Barriereschicht ein Porositätsfenster aufweist, das die Permeation von Wasserstoffgas zur Oberfläche des Palladiumelements (20, 108) ermöglicht, die Permeation von anderen gasförmigen Verunreinigungen zu der Oberfläche des Palladiumelements (20, 108) verhindert.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (21, 119) durch eine Zeolitschicht (22, 120) gebildet ist.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Porositätsfenster zwischen etwa 2,85 und 3,0 Angström liegt.
Robuster Wasserstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (21, 119) eine Dicke von etwa 20 μm aufweist.
Robuster Wasserstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (21, 119) ein erstes Material (85), das für Moleküle mit einem kine tischen Molekulardurchmesser von größer als etwa 3,2 Angström undurchdringlich ist und ein zweites Material (75) aufweist, das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von weniger als etwa 2,75 Angström undurchlässig ist.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (21, 119) ein erstes Material (85), das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von größer als etwa 3,0 Angström undurchlässig ist und ein zweites Material (75) aufweist, das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von weniger als etwa 2,85 Angström undurchlässig ist.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (85) und/oder das zweite Material (75) kristallin sind.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kristalline Material (85) Na₃Zn₄O(PO₄)₃ aufweist.
Robuster Wasserstoffsensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite kristalline Material (75) CsZn₂OPO₄ aufweist.
Robuster Wasserstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Palladiumelement eine Palladiumhülle (20) aufweist, die mit einem Wasserstoffsensorbauteil vom faseroptischen Typ (8) gekoppelt ist.
Robuster Wasserstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Palladiumelement einen Palladiumwiderstand (108) aufweist, der in einem elektronischen Wasserstoffsensorbauteil (100) enthalten ist, der eine ausgeglichene Wheatstone'sche Brückenschaltung verwendet.
Verfahren zum Verhindern eines Vergiftens eines robusten Wasserstoffsensors, der ein Palladiumelement aufweist, um Veränderungen in der Wasserstoffgaskonzentration zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes aufweist, nämlich Ausbilden einer Barriereschicht; und Verbinden der Barriereschicht mit der Oberfläche des Palladiumelements, wobei die Barriereschicht eine solche Porosität aufweist, dass die Permeation von allen möglichen Verunreinigungen zu der Oberfläche des Palladiumelements verhindert wird, wohingegen die Permeation von Wasserstoffgasmolekülen auf die Oberfläche des Palladiumelements ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht durch eine Zeolitschicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Barriereschicht (21, 119) Folgendes aufweist, nämlich Ausbilden einer ersten Schicht aus einem ersten kristallinen Material (85), das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von größer als etwa 3,2 Angström undurchlässig ist; Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem zweiten kristallinen Material (75), das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von weniger als etwa 2,75 Angström undurchlässig ist; und Verbinden der ersten Schicht mit der zweiten Schicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Barriereschicht (21, 119) Folgendes aufweist, nämlich Ausbilden einer ersten Schicht aus einem ersten kristallinen Material (85), das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von größer als etwa 3,0 Angström undurchlässig ist; Ausbilden einer zweiten Schicht aus einem zweiten kristallinen Material (75), das für Moleküle mit einem kinetischen Molekulardurchmesser von weniger als etwa 2,85 Angström undurchlässig ist; und Verbinden der ersten Schicht mit der zweiten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kristalline Material (85) Na₃Zn₄O(PO₄) ₃ aufweist und dass das zweite kristalline Material (75) CsZn₂OPO₄ aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht mit einer Dicke von etwa 20 μm ausgebildet wird.