Forskere udvikler ultrahurtig registrering af brintlækage

I takt med at udbredelsen af ​​miljøvenlige brintbiler stiger, er betydningen af ​​brintsensorer også stigende. Især er det stadig en udfordrende opgave at opnå teknologi til at opdage brintlækager inden for et sekund. Derfor er udviklingen af ​​verdens første brintsensor, der opfylder ydelsesstandarderne fra det amerikanske energiministerium, blevet et varmt emne.

Et team hos KAIST ledet af Dr. Min-Seung Jo fra professor Jun-Bo Yoons team i Institut for Elektro- og Elektroteknik har med succes opnået alle dets ønskede præstationsindikatorer og opfylder globalt anerkendte standarder gennem samarbejde med Electromagnetic Energy Materials Research Team ved Hyundai Motor Company's Basic Materials Research Center og professor Min-Ho Seo fra Pusan ​​National University.

Den 10. januar annoncerede forskergruppen, at verdens første brintsensor med en hastighed på mindre end 0,6 sekunder var blevet udviklet.

For at sikre brintdetektionsteknologi, der er hurtigere og mere stabil end eksisterende kommercialiserede brintsensorer, begyndte KAIST-teamet at udvikle en næste generations brintsensor i 2021 sammen med Hyundai Motor Company. Det lykkedes efter to års udvikling. Forskningen er publiceret i ACS Nano .

Eksisterende brintsensorforskning har hovedsageligt fokuseret på sensormaterialer, såsom katalytiske behandlinger eller legering af palladium (Pd) materialer, som er meget udbredt i brintsensorer. Selvom disse undersøgelser viste fremragende præstationer med visse præstationsindikatorer, opfyldte de ikke alle de ønskede præstationsindikatorer, og kommercialisering var begrænset på grund af vanskeligheden ved batchbehandling.

For at overvinde dette udviklede forskerholdet en sensor, der opfyldte alle præstationsindikatorerne ved at kombinere uafhængig mikro/nano-strukturdesign og forarbejdningsteknologi baseret på rene palladiummaterialer.

I betragtning af fremtidig masseproduktion blev der desuden brugt rene metalmaterialer med færre materialerestriktioner i stedet for syntetiske materialer, og der blev udviklet en næste generations brintsensor, der kunne masseproduceres baseret på en halvleder batch-proces.

Den udviklede enhed er en differentiel koplanar enhed, hvor varmelegemet og følematerialerne er integreret side om side i samme plan for at overvinde den ujævne temperaturfordeling af eksisterende gassensorer, hvor varmelegemet, det isolerende lag og følematerialerne er stablet lodret.

Palladium nanomaterialet, som er et følemateriale, har en fuldstændig flydende struktur og udsættes for luft nedefra, hvilket maksimerer reaktionsområdet med en gas for at sikre en hurtig reaktionshastighed. Derudover fungerer palladium-følermaterialet ved en ensartet temperatur i hele området. Forskerholdet var i stand til at sikre en hurtig driftshastighed, bred registreringskoncentration og temperatur/fugtighedsufølsomhed ved nøjagtigt at kontrollere temperaturfølsom sensorydeevne.

Holdet pakket den fremstillede enhed med et Bluetooth-modul for at skabe et integreret system, der trådløst registrerer brintlækager inden for et sekund. I modsætning til eksisterende højtydende optiske brintsensorer er denne meget bærbar og kan bruges i en række forskellige applikationer, hvor der bruges brintenergi.

Dr. Min-Seung Jo, der ledede forskningen, sagde:"Resultaterne af denne forskning er af væsentlig værdi, da de ikke kun fungerer ved høje hastigheder ved at overskride ydeevnegrænserne for eksisterende brintsensorer, men også sikrer den nødvendige pålidelighed og stabilitet. til faktisk brug og kan bruges forskellige steder, såsom biler, brintladestationer og hjem."

Han afslørede også sine fremtidsplaner og sagde:"Gennem kommercialiseringen af ​​denne brintsensorteknologi vil jeg gerne bidrage til at fremme sikker og miljøvenlig brug af brintenergi."

Forskerholdet arbejder i øjeblikket med Hyundai Motor Company for at fremstille enheden på en wafer-skala og derefter montere den på et køretøjsmodul for yderligere at verificere detektion og holdbarhed.

Flere oplysninger: Min-Seung Jo et al., Ultrahurtig (∼0,6 s), robust og meget lineær hydrogendetektion op til 10 % ved brug af fuldt ophængt ren Pd nanotråd, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c06806

Leveret af Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)