瑞典查爾姆斯理工大學研最快氫氣傳感器防止氫動力汽車氫氣洩露起火

2020-12-11 東方財富網

氫是一種清潔可再生能源載體,能夠為汽車提供動力,而唯一排放物是水。但是,氫氣和空氣混合時卻極易燃,因而需要特別有效的傳感器進行監控。如今,瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究人員研發出首個氫氣傳感器,以滿足未來氫動力汽車的性能目標。

此次推出的是一種封裝在塑料材料中的光學納米傳感器,該傳感器的工作原理基於一種光學現象 – 等離子體,在大多數的金屬中,等離子體頻率接近紫外線的頻率,反射了可見光讓它們看起來很閃亮。一些金屬如銅和金,在可見區中有電子帶間過渡,藉此吸收某些能量的(某些顏色的)光,讓它們擁有獨特的顏色。該光學納米傳感器中包含數以百萬計的鈀金合金金屬納米顆粒,鈀金合金可吸收大量氫氣。因此,當環境中的氫含量發生變化時,等離子體效應會導致該傳感器變色。

包裹該小型傳感器的塑料不止起到保護作用,還是一個關鍵部件,能通過加速氫氣分子進入到金屬顆粒中,從而加速傳感器的響應時間,探查到氫氣分子。同時,塑料還可作為有效的環境屏障,防止其他分子進入傳感器,使傳感器失效。因此,該傳感器能夠高效且不受幹擾地工作,滿足汽車行業的嚴格要求,能夠在不到一秒的時間內檢測到空氣中含有0.1%的氫氣。

查爾姆斯理工大學物理系研究員Ferry Nugroho表示:「我們不僅研發出全球響應速度最快的氫氣傳感器,而其研發了一款隨著時間推移,能夠保持穩定,不會失效的傳感器。與現有的氫氣傳感器不同,我們的解決方案不需經常重新校準,因為其受到了塑料的保護」。

從多方面來看,探查氫氣都非常具有挑戰性。此類氣體不可見、無味,但是易揮發,極易燃,空氣中只需含有4%的氫氣就能產生氫氧氣體,有時也稱為氫氧混合氣(knallgas),最小的火花都能將此類氣體點燃。為了保證未來氫燃料汽車以及相關基礎設施的安全,必須探測空氣中微小含量的氫氣,而且傳感器的響應速度必須足夠快速,以便在起火發生之前探測到洩露的氫氣。

儘管該傳感器主要用於氫能源載體,但是其也有其他可能應用。電力網絡工業、化學和核能行業都需要此類高效氫氣傳感器,而且也可用於改善醫療診斷。

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