美国研发新型氢气传感器消除氢动力汽车着火风险

据麦姆斯咨询介绍，氢气作为一种清洁、可再生的化石燃料替代品，是可持续能源未来的一部分，而且已经非常重要了。然而，对可燃性的长期担忧限制了氢气作为电动汽车动力源的广泛应用。先前的研究已经将这种风险降至低水平，但是美国佐治亚大学(the University of Georgia)的最新研究几乎可以消除这种风险。

与当今使用电池供电的电动汽车相比，氢动力汽车可以更快地“加燃料”，而且单次续航里程更长。但是，氢动力依然存在的障碍之一是确保检测氢气泄漏的安全方法。

近期发表在《自然通讯(Nature Communications)》上的一项新研究表明，一种廉价、无火花、基于光学的氢气传感器具有更高的灵敏度、更快的检测速度。

该项目的共同研究人员、佐治亚大学副教授Tho Nguyen表示：“目前，大多数商用氢气传感器通过与氢气发生作用时产生活性物质中的电子信号变化实现探测功能，但是这有可能产生电火花并引发氢气点火燃烧。而我们的无火花、基于光学的氢气传感器使得整个过程更加安全、有效。”

不仅电动汽车，氢气传感器可用于更多领域

除了电动汽车，氢动力还可以应用于更多领域，然而解决易燃性的问题是其应用的关键所在。用于氢气泄漏检测和浓度控制的传感器在各个环节都很重要，包括石油加工、化肥生产、冶金应用、环境科学以及健康和安全相关领域的生产、运输、储存和使用。

与氢气传感器相关的三个关键问题是响应时间、灵敏度和成本。目前基于光学的氢气传感器主流技术需要昂贵的单色仪来记录光谱，然后进行光谱偏移比较分析。

Tho Nguyen说道：“利用基于光学强度的纳米传感器，我们可以将氢气浓度的检测精度从100 ppm提升至2 ppm，而传感器芯片的成本只有几美元。我们0.8秒的响应时间比目前文献中报道的最佳光学传感器快20%。”

氢气传感器工作原理

这种新型光学氢气传感器基于覆盖钯钴合金层的纳米球模板(nanosphere template)制造技术。环境中存在的任何氢气都会被迅速吸收，并通过LED和硅基探测器实现氢气浓度探测和记录。

纳米球模板（nanosphere template）制造及表征

该项目联合首席研究员、萨凡纳河国家实验室资深科学家George Larsen介绍说：“所有金属都倾向于吸收氢气，但通过在金属合金中找到能起到适当平衡作用的合适元素，并设计纳米结构来放大氢气吸收后透光率的细微变化，我们就能够为这类传感器的响应速度和灵敏度设立新的基准。同时尽可能简化基于光学的氢气传感器平台。”