瑞典大學(xué)研氫氣傳感器 防止汽車氫氣泄露起火

氫是一種清潔可再生能源載體，能夠?yàn)槠囂峁﹦?dòng)力，而唯一排放物是水。但是，氫氣和空氣混合時(shí)卻極易燃，因而需要特別有效的傳感器進(jìn)行監(jiān)控。如今，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）的研究人員研發(fā)出首個(gè)氫氣傳感器，以滿足未來(lái)氫動(dòng)力汽車的性能目標(biāo)。

此次推出的是一種封裝在塑料材料中的光學(xué)納米傳感器，該傳感器的工作原理基于一種光學(xué)現(xiàn)象 – 等離子體，在大多數(shù)的金屬中，等離子體頻率接近紫外線的頻率，反射了可見(jiàn)光讓它們看起來(lái)很閃亮。一些金屬如銅和金，在可見(jiàn)區(qū)中有電子帶間過(guò)渡，借此吸收某些能量的（某些顏色的）光，讓它們擁有獨(dú)特的顏色。該光學(xué)納米傳感器中包含數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的鈀金合金金屬納米顆粒，鈀金合金可吸收大量氫氣。因此，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)致該傳感器變色。

包裹該小型傳感器的塑料不止起到保護(hù)作用，還是一個(gè)關(guān)鍵部件，能通過(guò)加速氫氣分子進(jìn)入到金屬顆粒中，從而加速傳感器的響應(yīng)時(shí)間，探查到氫氣分子。同時(shí)，塑料還可作為有效的環(huán)境屏障，防止其他分子進(jìn)入傳感器，使傳感器失效。因此，該傳感器能夠高效且不受干擾地工作，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)到空氣中含有0．1％的氫氣。

查爾姆斯理工大學(xué)物理系研究員Ferry Nugroho表示：“我們不僅研發(fā)出全球響應(yīng)速度最快的氫氣傳感器，而其研發(fā)了一款隨著時(shí)間推移，能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)失效的傳感器。與現(xiàn)有的氫氣傳感器不同，我們的解決方案不需經(jīng)常重新校準(zhǔn)，因?yàn)槠涫艿搅怂芰系谋Ｗo(hù)”。

從多方面來(lái)看，探查氫氣都非常具有挑戰(zhàn)性。此類氣體不可見(jiàn)、無(wú)味，但是易揮發(fā)，極易燃，空氣中只需含有4％的氫氣就能產(chǎn)生氫氧氣體，有時(shí)也稱為氫氧混合氣（knallgas），最小的火花都能將此類氣體點(diǎn)燃。為了保證未來(lái)氫燃料汽車以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的安全，必須探測(cè)空氣中微小含量的氫氣，而且傳感器的響應(yīng)速度必須足夠快速，以便在起火發(fā)生之前探測(cè)到泄露的氫氣。

盡管該傳感器主要用于氫能源載體，但是其也有其他可能應(yīng)用。電力網(wǎng)絡(luò)工業(yè)、化學(xué)和核能行業(yè)都需要此類高效氫氣傳感器，而且也可用于改善醫(yī)療診斷。