世界上最快的氫傳感器可能為清潔氫能源鋪平道路

氫是一種清潔的可再生能源載體，可以為汽車提供動(dòng)力，唯一的排放物是水。不幸的是，氫氣與空氣混合時(shí)極易燃燒，因此需要非常有效的傳感器。現(xiàn)在，來(lái)自瑞典查爾默斯理工大學(xué)的研究人員提出了第一個(gè)氫傳感器，以滿足未來(lái)氫動(dòng)力汽車的性能目標(biāo)。

該發(fā)現(xiàn)是一種封裝在塑料材料中的光學(xué)納米傳感器。這種傳感器的工作原理是基于一種光學(xué)現(xiàn)象——等離子體——當(dāng)金屬納米粒子被照亮并捕獲可見光時(shí)就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時(shí)，傳感器就會(huì)改變顏色。

微型傳感器周圍的塑料不僅可以起到保護(hù)作用，而且還是一個(gè)關(guān)鍵部件。它通過(guò)加速將氫氣分子吸收到能夠被探測(cè)到的金屬顆粒中，從而提高了傳感器的響應(yīng)時(shí)間。與此同時(shí)，塑料作為一個(gè)有效的屏障對(duì)環(huán)境，防止任何其他分子進(jìn)入和停用傳感器。因此，該傳感器可以高效且不受干擾地工作，從而滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求——能夠在不到一秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)空氣中0.1%的氫氣。

“我們不僅開發(fā)了世界上最快的氫傳感器，而且還開發(fā)了一種隨著時(shí)間推移保持穩(wěn)定、不會(huì)失效的傳感器。與今天的氫傳感器不同，我們的解決方案不需要經(jīng)常重新校準(zhǔn)，因?yàn)樗艿剿芰系谋Ｗo(hù)。

這篇文章指出，目前還沒(méi)有人能夠成功地達(dá)到未來(lái)氫動(dòng)力汽車對(duì)氫傳感器的嚴(yán)格響應(yīng)時(shí)間要求。他們意識(shí)到他們離目標(biāo)只有一秒鐘的距離，甚至沒(méi)有試圖優(yōu)化它。塑料最初主要是作為一個(gè)屏障，但它的工作效果比他們想象的要好，因?yàn)樗€使傳感器的速度更快。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一段緊張的實(shí)驗(yàn)和理論工作。

探測(cè)氫氣在很多方面都很有挑戰(zhàn)性。這種氣體不可見，沒(méi)有氣味，但易揮發(fā)，極易燃燒。它只需要空氣中4%的氫就能產(chǎn)生氫氧氣體，有時(shí)也被稱為knallgas，在最小的火花下就能點(diǎn)燃。為了使氫汽車和未來(lái)的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施足夠安全，必須能夠探測(cè)到空氣中極少量的氫。傳感器的速度必須足夠快，以便在火災(zāi)發(fā)生前能夠迅速檢測(cè)到泄漏。

雖然目標(biāo)主要是使用氫作為能源載體，傳感器也提出了其他可能性。高效的氫傳感器在電力網(wǎng)絡(luò)工業(yè)、化學(xué)和核能工業(yè)中都是必需的，而且還可以幫助改善醫(yī)療診斷。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們希望傳感器能夠以高效的方式串聯(lián)生產(chǎn)，例如使用3D打印機(jī)技術(shù)。

事實(shí):世界上最快的氫傳感器

查爾默斯開發(fā)的傳感器基于一種光學(xué)現(xiàn)象——等離子體，這種現(xiàn)象發(fā)生在金屬納米粒子被照亮并捕獲一定波長(zhǎng)的光時(shí)。這種光學(xué)納米傳感器包含數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的鈀金合金金屬納米顆粒，鈀金合金以其海綿狀的吸收大量氫的能力而聞名。當(dāng)環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時(shí)，等離子體效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致傳感器變色。傳感器周圍的塑料不僅是一種保護(hù)，而且通過(guò)促進(jìn)氫分子更快地穿透金屬顆粒，從而更快地被檢測(cè)到，從而增加了傳感器的響應(yīng)時(shí)間。與此同時(shí)，塑料對(duì)環(huán)境起著有效的屏障作用，因?yàn)槌藲洌瑳](méi)有其他分子能到達(dá)納米顆粒，這就防止了失活。該傳感器的效率意味著它能夠在不到一秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到空氣中0.1%的氫氣，從而滿足汽車行業(yè)為未來(lái)氫汽車應(yīng)用設(shè)定的嚴(yán)格性能目標(biāo)。