Es ist eines der wichtigsten Argumente gegen die Elektromobilität: die lange Ladezeit. Das macht batteriebetriebene E-Autos für viele unattraktiv. Gerade für Vielfahrer, Transportunternehmen oder den öffentlichen Nahverkehr sind sie bisher noch keine echte Alternative. Die könnten allerdings Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sein. Weniger als fünf Minuten benötigen diese, um betankt zu werden. Doch auch bei dieser Technologie gibt es noch Probleme. Eines will das Dresdner Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) nun lösen. Es geht um Explosives.
Vor kurzem wurde in Dresden an der Wiener Straße die erste Wasserstoff-Tankstelle Sachsens eröffnet. Dort tanken Elektroautos, die aus dem Wasserstoff in einer Brennstoffzelle an Bord den notwendigen Strom machen. Über 600 Kilometer Reichweite sind drin und keine schweren Batteriepacks unter der Motorhaube.
Doch Wasserstoff ist in Verbindung mit Sauerstoff leicht entzündlich und wird damit schnell zur Gefahrenquelle. Die Speicherung in Wasserstofftanks erfolgt zudem mit einem Druck von teilweise über 700 bar. Deshalb muss alles genauestens überwacht werden. Diese Aufgabe übernehmen Sensoren. Sie sind leistungsstark und hochpräzise und müssen überprüfen, ob alle Komponenten im System in einwandfreiem Zustand sind. Korrosion oder Temperatur sind so beispielsweise unter Kontrolle, um Explosionen zu verhindern. Das FEP hat nun eine neue Beschichtung für diese Sensoren entwickelt.
Ausgangsstoffe dafür sind Aluminium und Silizium. Unter Vakuum werden beide Materialen mit Ionen beschossen und zerstäubt. Durch die zeitgleiche Zugabe von Sauerstoff lagert sich auf dem Trägermaterial die neuartige nanofunktionale Mischschicht aus Aluminium- und Siliziumoxid ab. Sie kombiniert die besonders guten Isolationseigenschaften von Siliziumoxid mit den besseren mechanischen Eigenschaften von Aluminiumoxid.
Mit der einhergehenden Prozessentwicklung ist es nun möglich, auch raue Stahloberflächen zu beschichten, die beim Bau der Sensoren Anwendung finden. „Die so erzeugte Isolationsschicht ist mit ihren Eigenschaften einzigartig“, sagt Projektleiter Jan Hildisch vom FEP. „Eine vergleichbare Schicht ist in der Praxis bislang noch nicht ökonomisch realisiert worden.“ Auch Spannungen bis zu 2 000 Volt zerstören das Material nicht und erfüllen damit die Anforderungen an den Explosionsschutz für zukünftige Anwendungen. Gerade auch beim Einsatz in Wasserstoff-Fahrzeugen. Weiterer positiver Effekt: Wasserstoff geht eigentlich durch Stahl hindurch. Die am FEP entwickelte Beschichtung reduziert diese Eigenschaft erheblich und trägt zur zusätzlichen Sicherheit bei.
Jan Hildisch glaubt, dass die Wasserstoff-Technologie Zukunft hat. Der momentane Stand der Entwicklung ermöglicht eine gute Kontrolle und Sicherheit. Die Ergebnisse des FEP sollen nun Grundlage für weiterführende Kooperationen mit Industriepartnern sein. Mit ihnen will das Dresdner Institut gemeinsam Sensoren für die Wasserstofftechnik entwickeln und ökonomisch in Serie herstellen. Derzeit arbeiten die Wissenschaftler daran, die Technologie ihrer Beschichtung weiter zu optimieren und auch auf andere Anwendungsgebiete zu übertragen.
An Dresdens Wasserstoff-Tankstelle halten indessen die ersten Autos. Die Tankstelle ist Nummer 49 in Deutschland, bis 2019 sollen es laut dem Betreiber H2 Mobility GmbH 100 werden. Durch Deutschland rollen derzeit rund 400 Fahrzeuge mit Wasserstoff- Brennstoffzelle. (jam)