Sensori veloci e precisi saranno fondamentali in una società sostenibile in cui l'idrogeno è un vettore energetico. L'idrogeno è prodotto dall'acqua che viene scissa con l'aiuto dell'elettricità proveniente dall'energia eolica o solare. I sensori sono necessari sia quando l'idrogeno viene prodotto che quando viene utilizzato, per esempio nelle auto alimentate da una cella a combustibile. Per evitare la formazione di gas infiammabili ed esplosivi quando l'idrogeno viene miscelato con l'aria, i sensori di idrogeno devono essere in grado di rilevare rapidamente le perdite. Credito:Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology
L'idrogeno è un vettore di energia pulita e rinnovabile che può alimentare i veicoli, con l'acqua come unica emissione. Sfortunatamente, Il gas idrogeno è altamente infiammabile se miscelato con l'aria, quindi sono necessari sensori molto efficienti ed efficaci. Ora, ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, presentare i primi sensori di idrogeno in assoluto per soddisfare i futuri obiettivi di prestazione per l'uso nei veicoli alimentati a idrogeno.
I risultati innovativi dei ricercatori sono stati recentemente pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Materiali della natura . La scoperta è un nanosensore ottico incapsulato in un materiale plastico. Il sensore funziona in base a un fenomeno ottico, un plasmone, che si verifica quando le nanoparticelle metalliche vengono illuminate e catturano la luce visibile. Il sensore cambia semplicemente colore quando cambia la quantità di idrogeno nell'ambiente.
La plastica attorno al minuscolo sensore non serve solo per protezione, ma funziona come un componente chiave. Aumenta il tempo di risposta del sensore accelerando l'assorbimento delle molecole di gas idrogeno nelle particelle metalliche dove possono essere rilevate. Allo stesso tempo, la plastica agisce come un'efficace barriera per l'ambiente, impedendo ad altre molecole di entrare e disattivando il sensore. Il sensore può quindi funzionare sia in modo altamente efficiente che indisturbato, consentendogli di soddisfare le rigorose esigenze dell'industria automobilistica:essere in grado di rilevare lo 0,1 percento di idrogeno nell'aria in meno di un secondo.
"Non abbiamo solo sviluppato il sensore di idrogeno più veloce del mondo, ma anche un sensore stabile nel tempo e non si disattiva. A differenza dei sensori di idrogeno di oggi, la nostra soluzione non ha bisogno di essere ricalibrata così spesso, in quanto protetto dalla plastica, "dice Ferry Nugroho, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.
Ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, presentare i primi sensori di idrogeno in assoluto per soddisfare i futuri obiettivi di prestazione per l'uso nei veicoli alimentati a idrogeno. Credito:Mia Halleröd Palmgren/Chalmers University of Technology
Fu durante il suo periodo di dottorato di ricerca. studente che Ferry Nugroho e il suo supervisore Christoph Langhammer si sono resi conto che stavano per fare qualcosa di grosso. Dopo aver letto un articolo scientifico in cui si affermava che nessuno era ancora riuscito a raggiungere i rigidi requisiti di tempo di risposta imposti ai sensori di idrogeno per le future auto a idrogeno, hanno testato il proprio sensore. Si sono resi conto di essere a solo un secondo dall'obiettivo, senza nemmeno cercare di ottimizzarlo. La plastica, originariamente inteso principalmente come barriera, ha fatto il lavoro meglio di quanto avrebbero potuto immaginare, rendendo anche il sensore più veloce. La scoperta ha portato ad un intenso periodo di lavoro sperimentale e teorico.
"In quella situazione, non c'era modo di fermarci. Volevamo trovare la combinazione definitiva di nanoparticelle e plastica, capire come hanno lavorato insieme e cosa lo ha reso così veloce. Il nostro duro lavoro ha prodotto risultati. Nel giro di pochi mesi, abbiamo raggiunto il tempo di risposta richiesto e la comprensione teorica di base di ciò che lo facilita, " dice Ferry Nugroho.
Rilevare l'idrogeno è impegnativo in molti modi. Il gas è invisibile e inodore, ma volatile ed estremamente infiammabile. Richiede solo il 4% di idrogeno nell'aria per produrre gas ossidrico, a volte noto come knallgas, che si accende alla minima scintilla. Affinché le auto a idrogeno e le relative infrastrutture del futuro siano sufficientemente sicure, deve quindi essere possibile rilevare quantità estremamente piccole di idrogeno nell'aria. I sensori devono essere abbastanza veloci da poter rilevare rapidamente le perdite prima che si verifichi un incendio.
"È fantastico presentare un sensore che si spera possa essere parte di un importante passo avanti per i veicoli alimentati a idrogeno. L'interesse che vediamo nel settore delle celle a combustibile è stimolante, "dice Christoph Langhammer, Professore presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.
La plastica attorno al minuscolo sensore non serve solo per protezione, ma funziona come un componente chiave. Aumenta il tempo di risposta del sensore accelerando l'assorbimento delle molecole di gas idrogeno nelle particelle metalliche dove possono essere rilevate. Allo stesso tempo, la plastica agisce come un'efficace barriera per l'ambiente, impedendo ad altre molecole di entrare e disattivando il sensore. Credito:Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology
Sebbene lo scopo sia principalmente quello di utilizzare l'idrogeno come vettore energetico, il sensore presenta anche altre possibilità. Nel settore delle reti elettriche sono necessari sensori di idrogeno altamente efficienti, l'industria chimica e nucleare, e può anche aiutare a migliorare la diagnostica medica.
"La quantità di gas idrogeno nel nostro respiro può fornire risposte a, Per esempio, infiammazioni e intolleranze alimentari. Ci auguriamo che i nostri risultati possano essere utilizzati su un ampio fronte. Questo è molto più di una pubblicazione scientifica, "dice Christoph Langhammer.
A lungo termine, la speranza è che il sensore possa essere prodotto in serie in maniera efficiente, ad esempio utilizzando la tecnologia della stampante 3D.
Fatti:il sensore di idrogeno più veloce al mondo
