Датчики устраняют риск искры, повышая безопасность водородных автомобилей

Водород как чистое, возобновляемое альтернативу ископаемому топливу является частью устойчивого энергетического будущего и уже очень много здесь. Однако навязчивые опасения о горючести ограничили широкое использование водорода как источника питания для электромобилей. Предыдущие достижения минимизировали риск, но новое исследование из Университета Джорджии теперь ставит этот риск в зеркало заднего вида.

Водородные автомобили могут заправляться намного быстрее и ехать дальше без заправки, чем современные электромобили, использующие батарейную мощность. Но один из последних барьеров для водородной мощи — обеспечение безопасного метода детектирования утечек водорода.

Новое исследование документирует недорогой, безискровой, оптический водородный датчик, который более чувствителен — и быстрее — предыдущих моделей.

«Прямо сейчас большинство коммерческих водородных датчиков детектируют изменение электронного сигнала в активных материалах при взаимодействии с водородным газом, что может потенциально индуцировать зажигание водородного газа электрической искрой», — сказал Тхо Нгуен, ассоциированный профессор. «Наши безискровые оптические водородные датчики детектируют присутствие водорода без электроники, делая процесс намного безопаснее».

Водородная мощность имеет гораздо больше приложений, чем просто питание электромобилей, поэтому технологии митигации горючести критичны. Надежные датчики для детектирования утечек водорода и контроля концентрации важны на всех этапах водородной экономики, включая производство, распределение, хранение и использование в нефтепереработке и производстве, удобрениях, металлургических приложениях, электронике, экологических науках и в сферах здоровья и безопасности.

Три ключевые проблемы, ассоциированные с водородными датчиками — время отклика, чувствительность и стоимость. Текущая основная технология для оптических H2 датчиков требует дорогой монохроматора для записи спектра, за которым следует анализ сравнения спектрального сдвига.

«С нашими интенсивностными оптическими нано-датчиками мы переходим от детектирования водорода примерно на 100 частей на миллион до 2 частей на миллион, при стоимости нескольких долларов за сенсорный чип», — сказал Тхо. «Наше время отклика 0,8 секунды на 20% быстрее лучшего доступного оптического устройства, сообщенного в литературе прямо сейчас».

Новое оптическое устройство опирается на нанофабрикацию наносферного шаблона, покрытого слоем сплава Палладий Кобальт. Любой присутствующий водород быстро абсорбируется, затем детектируется светодиодом. Кремниевый детектор записывает интенсивность переданного света.

Все металлы склонны абсорбировать водород, но нахождение подходящих элементов с правильным балансом в сплаве и инженеринг наноструктуры для усиления тонких изменений в передаче света после абсорбции водорода позволило им установить новый бенчмарк для того, насколько быстрыми и чувствительными могут быть эти датчики.