Sensoren eliminieren Funkenbildung in Wasserstofffahrzeugen

Wasserstoff als saubere, erneuerbare Alternative zu fossilen Brennstoffen ist Teil einer nachhaltigen Energiezukunft; Allerdings haben anhaltende Bedenken hinsichtlich der Entflammbarkeit die weit verbreitete Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle für Elektrofahrzeuge eingeschränkt. Wasserstofffahrzeuge können viel schneller tanken und ohne Nachtanken weiter fahren als heutige Elektrofahrzeuge, die Batteriestrom verwenden. Aber eine der letzten Hürden für Wasserstoffantrieb ist die Sicherstellung einer sicheren Methode zum Nachweis von Wasserstoff.

Forscher haben einen kostengünstigen, funkenfreien, optisch basierten Wasserstoffsensor entwickelt, der empfindlicher – und schneller – als frühere Modelle ist. Die meisten kommerziellen Wasserstoffsensoren erkennen die Änderung eines elektronischen Signals in aktiven Materialien bei Wechselwirkung mit Wasserstoffgas, was möglicherweise eine Wasserstoffgaszündung durch elektrische Funkenbildung induzieren kann. Der neue Sensor erkennt das Vorhandensein von Wasserstoff ohne Elektronik.

Wasserstoffkraft hat viel mehr Anwendungen als den Antrieb von Elektrofahrzeugen, und Technologien zur Minderung der Entflammbarkeit sind von entscheidender Bedeutung. Robuste Sensoren für die Erkennung von Wasserstofflecks und die Konzentrationskontrolle sind in allen Phasen der wasserstoffbasierten Wirtschaft wichtig, einschließlich Produktion, Verteilung, Lagerung und Nutzung in der Erdölverarbeitung und -produktion, Düngemitteln, metallurgischen Anwendungen, Elektronik, Umweltwissenschaften sowie Gesundheit und Sicherheit.

Die drei Hauptprobleme im Zusammenhang mit Wasserstoffsensoren sind Reaktionszeit, Empfindlichkeit und Kosten. Aktuelle Mainstream-Technologie für H₂ Optische Sensoren erfordern einen teuren Monochromator, um ein Spektrum aufzuzeichnen, gefolgt von der Analyse eines Spektralverschiebungsvergleichs.

Die neuen Nanosensoren reichen von der Erkennung von Wasserstoff mit etwa 100 Teilen pro Million bis zu 2 Teilen pro Million, zu einem Preis von wenigen Dollar für einen Sensorchip. Das neue optische Gerät beruht auf der Nanofabrikation einer Nanosphärenschablone, die mit einer Palladium-Kobalt-Legierungsschicht bedeckt ist. Vorhandener Wasserstoff wird schnell absorbiert und dann von einer LED erkannt. Ein Siliziumdetektor zeichnet die Intensität des durchgelassenen Lichts auf.