Nye optiske brintsensorer eliminerer risikoen for gnistdannelse

Brint som et rent, vedvarende alternativ til fossile brændstoffer er en del af en fremtid med bæredygtig energi, og meget allerede her. Imidlertid, dvælende bekymringer om brandbarhed har begrænset udbredt brug af brint som strømkilde til elektriske køretøjer. Tidligere fremskridt har minimeret risikoen, men ny forskning fra University of Georgia sætter nu den risiko i bakspejlet.

Brintbiler kan tanke meget hurtigere og komme længere uden tankning end nutidens elbiler, som bruger batteristrøm. Men en af ​​de sidste forhindringer for brintkraft er at sikre en sikker metode til at opdage brintlækager.

En ny undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation dokumenterer en billig, gnistfri, optisk-baseret brintsensor, der er mere følsom – og hurtigere – end tidligere modeller.

"Lige nu, de fleste kommercielle brintsensorer registrerer ændringen af ​​et elektronisk signal i aktive materialer ved interaktion med brintgas, som potentielt kan fremkalde brintgasantændelse ved elektrisk gnistdannelse, " sagde Tho Nguyen, lektor i fysik ved Franklin College of Arts and Sciences, en co-principal investigator på projektet. "Vores gnistfri optisk baserede brintsensorer registrerer tilstedeværelsen af ​​brint uden elektronik, gør processen meget mere sikker."

Ikke kun for biler

Brintkraft har mange flere anvendelser end at drive elbiler, og brændbarhedsbegrænsende teknologier er kritiske. Robuste sensorer til registrering af brintlækage og koncentrationskontrol er vigtige i alle faser af den brintbaserede økonomi, inklusive produktion, fordeling, opbevaring og udnyttelse i olieforarbejdning og -produktion, gødning, metallurgiske applikationer, elektronik, miljøvidenskab, og på sundheds- og sikkerhedsrelaterede områder.

De tre nøgleproblemer forbundet med brintsensorer er responstid, følsomhed, og omkostninger. Nuværende mainstream-teknologi til H2 optiske sensorer kræver en dyr monokromator til at optage et spektrum, efterfulgt af analyse af en spektralforskydningssammenligning.

"Med vores intensitetsbaserede optiske nanosensorer, vi går fra detektion af brint ved omkring 100 dele pr. million til 2 dele pr. million, til en pris af et par dollars for en sensorchip, " sagde Tho. "Vores responstid på 0,8 sekunder er 20 % hurtigere end den bedste tilgængelige optiske enhed, der er rapporteret i litteraturen lige nu."

Hvordan det virker

Den nye optiske enhed er afhængig af nanofabrikation af en nanosfæreskabelon dækket med et lag af palladiumkobolt. Eventuelt tilstedeværende brint absorberes hurtigt, derefter registreret af en LED. En siliciumdetektor registrerer intensiteten af ​​det transmitterede lys.

"Alle metaller har en tendens til at absorbere brint, men ved at finde de passende elementer med en rigtig balance i legeringen og konstruere nanostrukturen for at forstærke subtile ændringer i lystransmission efter brintabsorption, vi var i stand til at sætte et nyt benchmark for, hvor hurtige og følsomme disse sensorer kan være, sagde George Larsen, en senior videnskabsmand ved Savannah River National Laboratory og co-principal investigator på projektet. "Alt sammen med at holde sensorplatformen så enkel som muligt."