L'idrogeno come un pulito, un'alternativa rinnovabile ai combustibili fossili fa parte di un futuro energetico sostenibile, e molto già qui. Però, Le persistenti preoccupazioni sull'infiammabilità hanno limitato l'uso diffuso dell'idrogeno come fonte di energia per i veicoli elettrici. I progressi precedenti hanno ridotto al minimo il rischio, ma una nuova ricerca dell'Università della Georgia ora mette quel rischio nello specchietto retrovisore.

I veicoli a idrogeno possono fare rifornimento molto più rapidamente e andare più lontano senza fare rifornimento rispetto ai veicoli elettrici di oggi, che utilizzano la batteria. Ma uno degli ultimi ostacoli all'energia dell'idrogeno è garantire un metodo sicuro per rilevare le perdite di idrogeno.

Un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura documenti un poco costoso, senza scintille, sensore di idrogeno a base ottica che è più sensibile e più veloce rispetto ai modelli precedenti.

"Proprio adesso, la maggior parte dei sensori di idrogeno commerciali rilevano il cambiamento di un segnale elettronico in materiali attivi in ​​seguito all'interazione con il gas idrogeno, che può potenzialmente indurre l'accensione del gas idrogeno mediante scintille elettriche, " disse Tho Nguyen, professore associato di fisica al Franklin College of Arts and Sciences, un co-investigatore principale del progetto. "I nostri sensori di idrogeno a base ottica antiscintilla rilevano la presenza di idrogeno senza componenti elettronici, rendendo il processo molto più sicuro."

Non solo per le auto

L'energia a idrogeno ha molte più applicazioni rispetto all'alimentazione di veicoli elettrici, e le tecnologie di mitigazione dell'infiammabilità sono fondamentali. Sensori robusti per il rilevamento delle perdite di idrogeno e il controllo della concentrazione sono importanti in tutte le fasi dell'economia basata sull'idrogeno, compresa la produzione, distribuzione, stoccaggio e utilizzo nella lavorazione e produzione del petrolio, fertilizzante, applicazioni metallurgiche, elettronica, Scienze Ambientali, e nei settori legati alla salute e alla sicurezza.

I tre problemi chiave associati ai sensori di idrogeno sono il tempo di risposta, sensibilità, e costo. L'attuale tecnologia tradizionale per i sensori ottici H2 richiede un costoso monocromatore per registrare uno spettro, seguito dall'analisi di un confronto di spostamento spettrale.

"Con i nostri nano sensori ottici basati sull'intensità, passiamo dal rilevamento dell'idrogeno a circa 100 parti per milione a 2 parti per milione, al costo di pochi dollari per un chip di rilevamento, " Tho ha detto. "Il nostro tempo di risposta di 0,8 secondi è del 20% più veloce rispetto al miglior dispositivo ottico disponibile riportato in letteratura in questo momento".

Come funziona

Il nuovo dispositivo ottico si basa sulla nanofabbricazione di un modello di nanosfera ricoperto da uno strato di lega di palladio e cobalto. L'eventuale idrogeno presente viene rapidamente assorbito, poi rilevato da un LED. Un rilevatore al silicio registra l'intensità della luce trasmessa.

"Tutti i metalli tendono ad assorbire idrogeno, ma trovando gli elementi adatti con un giusto equilibrio nella lega e ingegnerizzando la nanostruttura per amplificare i sottili cambiamenti nella trasmissione della luce dopo l'assorbimento dell'idrogeno, siamo stati in grado di stabilire un nuovo punto di riferimento per quanto possono essere veloci e sensibili questi sensori, " ha detto George Larsen, uno scienziato senior presso il Savannah River National Laboratory e co-investigatore principale del progetto. "Tutto mantenendo la piattaforma del sensore il più semplice possibile."