Sensoren elimineren het risico op vonken in waterstofvoertuigen

Waterstof als schoon, hernieuwbaar alternatief voor fossiele brandstoffen maakt deel uit van een toekomst op het gebied van duurzame energie, en is er al heel erg. Aanhoudende zorgen over de ontvlambaarheid hebben echter het wijdverbreide gebruik van waterstof als energiebron voor elektrische voertuigen beperkt. Eerdere ontwikkelingen hebben het risico geminimaliseerd, maar nieuw onderzoek van de Universiteit van Georgia plaatst dat risico nu in de achteruitkijkspiegel.

Waterstofvoertuigen kunnen veel sneller tanken en gaan verder zonder te tanken dan de huidige elektrische voertuigen, die batterijvermogen gebruiken. Maar een van de laatste hindernissen voor waterstof is het veiligstellen van een veilige methode voor het opsporen van waterstoflekken.

Een nieuwe studie documenteert een goedkope, vonkvrije, optisch gebaseerde waterstofsensor die gevoeliger - en sneller - is dan eerdere modellen.

"Op dit moment detecteren de meeste commerciële waterstofsensoren de verandering van een elektronisch signaal in actieve materialen bij interactie met waterstofgas, wat mogelijk kan leiden tot waterstofgasontsteking door elektrische vonken", zegt Tho Nguyen, universitair hoofddocent. "Onze vonkvrije optische waterstofsensoren detecteren de aanwezigheid van waterstof zonder elektronica, waardoor het proces veel veiliger wordt."

Waterstofenergie heeft veel meer toepassingen dan alleen het aandrijven van elektrische voertuigen, dus ontvlambaarheidbeperkende technologieën zijn van cruciaal belang. Robuuste sensoren voor waterstoflekdetectie en concentratiecontrole zijn belangrijk in alle stadia van de op waterstof gebaseerde economie, inclusief productie, distributie, opslag en gebruik bij de verwerking en productie van aardolie, kunstmest, metallurgische toepassingen, elektronica, milieuwetenschappen en in gezondheids- en veiligheidsgerelateerde velden.

De drie belangrijkste problemen die verband houden met waterstofsensoren zijn responstijd, gevoeligheid en kosten. De huidige mainstreamtechnologie voor H2-optische sensoren vereist een dure monochromator om een ​​spectrum vast te leggen, gevolgd door het analyseren van een spectrale verschuivingsvergelijking.

"Met onze op intensiteit gebaseerde optische nanosensoren gaan we van detectie van waterstof met ongeveer 100 delen per miljoen naar 2 delen per miljoen, tegen een prijs van een paar dollar voor een sensorchip," zei Tho. "Onze responstijd van 0,8 seconden is 20% sneller dan het beste beschikbare optische apparaat dat momenteel in de literatuur wordt vermeld."

Het nieuwe optische apparaat is gebaseerd op de nanofabricage van een nanosfeersjabloon bedekt met een laag van een palladium-kobaltlegering. Eventueel aanwezige waterstof wordt snel geabsorbeerd en vervolgens gedetecteerd door een LED. Een siliciumdetector registreert de intensiteit van het doorgelaten licht.

Alle metalen hebben de neiging om waterstof te absorberen, maar door de geschikte elementen met een juiste balans in de legering te vinden en de nanostructuur te ontwikkelen om subtiele veranderingen in lichttransmissie te versterken na waterstofabsorptie, konden ze een nieuwe maatstaf bepalen voor hoe snel en gevoelig deze sensoren kunnen zijn.