氫氣傳感器對氫能源產業至關重要。雖然氫能源作為一種清潔而高效的能源替代傳統能源是必然趨勢,但氫氣易燃易爆,氫能源在全產業鏈包括氫氣制備、貯存、運輸和使用過程中需要氫氣濃度傳感器對其內外部環境保持監測,從而保證其安全性。
氫能源汽車的出現對氫氣傳感器的性能提出了更高的要求,由于氫能源汽車專用氫氣傳感器使用場景的特殊性(高速移動、顛簸、冗余空間極少等),傳統氫氣傳感器的性能很難達到氫能源汽車行業領域的安全標準。雖然現在國內還沒有統一的標準用來測試和評價,但是早在2018年美國機動車工程師學會(SAE)就已經發布了非常詳盡的車載氫濃度傳感器測試評價方法。
氫氣傳感器根據不同的物理化學特性,可分為催化燃燒式、電化學式、鈀合金式樣、熱傳導式和半導體式五類原理。下表為各種傳感器的基本原理及優缺點對比圖。
當前很多氫燃料系統集成商使用的氫氣傳感器主要為催化燃燒式,主要原因是日本豐田氫燃料電池車MIRAI率先采用的就是催化燃燒式氫氣傳感器,但隨著時間的推移以及技術的廣泛應用后,該原理的傳感器開始出現很多失效模式,當然這與復雜的車輛環境存在很大的關系。首先是硅中毒,整車和燃料電池系統里,在部分管路連接上我們一般會選擇硅膠管,同時電堆的密封材料里也可能會有含硅物質。這些零組件如果選型不當,在使用過程中可能會釋放硅氧烷類物質(Siloxane). 硅氧烷類物質會與氫氣、氧氣在檢測元件表面進行反應聚合,產生二氧化硅。二氧化硅會附著在催化劑表面,隔斷氫氣與催化劑的接觸,從而導致整個氫濃度傳感器的性能衰減。其次是高氫氣濃度損壞,氫氣與氧氣在催化劑層上反應會產生熱,以此作為基礎來檢測氫氣濃度。但當傳感器暴露在過高濃度的氫氣中,瞬間產生大量的熱,使元件表面溫度急劇升高,從而會導致催化劑層的剝落,使傳感器失效。所以應盡量減少傳感器暴露在>4%氫氣濃度的氛圍中。
近年來隨著技術的發展與迭代,MEMS熱導型氫氣傳感器開始走進市場并逐漸被客戶認可,與催化原理不同,熱導型氫氣傳感器的原理是利用氫氣在所有已知的氣體組分中導熱系數最大,利用芯片裝置測量混合氣體的導熱系數,從而可以計算氫氣的濃度,這類傳感器很好的解決了硅中毒及高氫氣濃度損壞的問題,同時可以實現8年以上的使用壽命,這些性能是催化原理的氫氣傳感器很難解決的。芯鎂信推出的IMV-680燃料電池汽??氫濃度傳感器采用熱導原理,產品已通過了三十多項車規級認證,可以檢測0 ~ 10.5vol.%H?的濃度,T90<2s,各項技術指標領先競品,以下為產品的測試數據圖。
作為一家科技企業,芯鎂信的競爭優勢,很大程度上得益于他的資深技術團隊。2016年成立至今,公司建立了完整的研發、生產及質量管理體系,申請專利27余項,已授權專利17項,其中發明授權8項,擁有完整知識產權的傳感器芯片,軟硬件底層技術,已通過ISO9001質量管理體系認證。未來,芯鎂信將牢記“鎂由芯生,信則致遠”的企業使命,服務客戶和社會,實現“在MEMS傳感器在工業領域綜合實力和創新能力具有全球競爭力”的目標。