Con l’aumento della diffusione delle auto ecologiche a idrogeno, cresce anche l’importanza dei sensori dell’idrogeno. In particolare, realizzare una tecnologia in grado di rilevare le perdite di idrogeno entro un secondo rimane un compito impegnativo. Di conseguenza, lo sviluppo del primo sensore di idrogeno al mondo che soddisfa gli standard prestazionali del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è diventato un tema scottante.
Un team del KAIST guidato dal Dr. Min-Seung Jo del team del Professor Jun-Bo Yoon del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica ha raggiunto con successo tutti gli indicatori di prestazione desiderati, soddisfacendo gli standard riconosciuti a livello mondiale attraverso la collaborazione con il team di ricerca sui materiali energetici elettromagnetici presso il Centro di ricerca sui materiali di base della Hyundai Motor Company e il professor Min-Ho Seo dell'Università nazionale di Pusan.
Il 10 gennaio, il gruppo di ricerca ha annunciato che era stato sviluppato il primo sensore di idrogeno al mondo con una velocità inferiore a 0,6 secondi.
Al fine di garantire una tecnologia di rilevamento dell’idrogeno che sia più veloce e più stabile rispetto ai sensori di idrogeno esistenti in commercio, il team KAIST ha iniziato a sviluppare un sensore di idrogeno di prossima generazione nel 2021 insieme a Hyundai Motor Company. Ci sono riusciti dopo due anni di sviluppo. La ricerca è pubblicata su ACS Nano .
La ricerca esistente sui sensori di idrogeno si è concentrata principalmente sui materiali di rilevamento, come i trattamenti catalitici o la lega di materiali di palladio (Pd), che sono ampiamente utilizzati nei sensori di idrogeno. Sebbene questi studi abbiano mostrato prestazioni eccellenti con determinati indicatori di prestazione, non hanno soddisfatto tutti gli indicatori di prestazione desiderati e la commercializzazione è stata limitata a causa della difficoltà dell'elaborazione batch.
Per superare questo problema, il team di ricerca ha sviluppato un sensore che soddisfaceva tutti gli indicatori di prestazione combinando un design indipendente di micro/nanostrutture e una tecnologia di elaborazione basata su materiali di palladio puro.
Inoltre, considerando la futura produzione di massa, sono stati utilizzati materiali metallici puri con minori restrizioni sui materiali al posto dei materiali sintetici ed è stato sviluppato un sensore di idrogeno di prossima generazione che potrebbe essere prodotto in serie sulla base di un processo batch di semiconduttori.
Il dispositivo sviluppato è un dispositivo complanare differenziale in cui il riscaldatore e i materiali di rilevamento sono integrati fianco a fianco sullo stesso piano per superare la distribuzione irregolare della temperatura dei sensori di gas esistenti, in cui il riscaldatore, lo strato isolante e i materiali di rilevamento sono impilati verticalmente.
Il nanomateriale di palladio, che è un materiale sensibile, ha una struttura completamente fluttuante ed è esposto all'aria dal basso, massimizzando l'area di reazione con un gas per garantire un'elevata velocità di reazione. Inoltre, il materiale sensibile in palladio funziona a una temperatura uniforme in tutta l'area. Il team di ricerca è riuscito a garantire un'elevata velocità operativa, un'ampia concentrazione di rilevamento e un'insensibilità alla temperatura/umidità controllando accuratamente le prestazioni di rilevamento sensibili alla temperatura.
Il team ha confezionato il dispositivo fabbricato con un modulo Bluetooth per creare un sistema integrato in grado di rilevare in modalità wireless le perdite di idrogeno entro un secondo. A differenza dei sensori ottici di idrogeno ad alte prestazioni esistenti, questo è altamente portatile e può essere utilizzato in una varietà di applicazioni in cui viene utilizzata l'energia dell'idrogeno.
Il dottor Min-Seung Jo, che ha guidato la ricerca, ha affermato:"I risultati di questa ricerca sono di notevole valore poiché non solo funzionano a velocità elevate superando i limiti prestazionali dei sensori di idrogeno esistenti, ma garantiscono anche l'affidabilità e la stabilità necessarie per l'uso reale e può essere utilizzato in vari luoghi come automobili, stazioni di ricarica dell'idrogeno e case."
Ha inoltre rivelato i suoi piani futuri, affermando:"Attraverso la commercializzazione di questa tecnologia di sensori a idrogeno, vorrei contribuire a promuovere l'uso sicuro ed ecologico dell'energia dell'idrogeno".
Il team di ricerca sta attualmente collaborando con Hyundai Motor Company per produrre il dispositivo su scala wafer e quindi montarlo su un modulo del veicolo per verificare ulteriormente le prestazioni di rilevamento e durata.
Ulteriori informazioni: Min-Seung Jo et al, Rilevamento di idrogeno ultraveloce (∼0,6 s), robusto e altamente lineare fino al 10% utilizzando nanofili di Pd puro completamente sospesi, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c06806
Fornito dal Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
