Sensores eliminan riesgo de chispas, mejorando la seguridad de vehículos de hidrógeno

El hidrógeno como alternativa limpia y renovable a los combustibles fósiles es parte de un futuro energético sostenible, y ya está muy presente. Sin embargo, las preocupaciones persistentes sobre la inflamabilidad han limitado el uso generalizado del hidrógeno como fuente de energía para vehículos eléctricos. Los avances previos han minimizado el riesgo, pero una nueva investigación de la Universidad de Georgia ahora pone ese riesgo en el espejo retrovisor.

Los vehículos de hidrógeno pueden recargar mucho más rápido y recorrer más distancia sin recargar que los vehículos eléctricos actuales, que usan energía de baterías. Pero uno de los últimos obstáculos para la energía de hidrógeno es asegurar un método seguro para detectar fugas de hidrógeno.

Un nuevo estudio documenta un sensor de hidrógeno óptico, barato, libre de chispas, que es más sensible y rápido que los modelos previos.

"Actualmente, la mayoría de los sensores comerciales de hidrógeno detectan el cambio de una señal electrónica en materiales activos al interactuar con gas de hidrógeno, lo que puede potencialmente inducir la ignición de gas de hidrógeno por chispa eléctrica", dijo Tho Nguyen, profesor asociado. "Nuestros sensores de hidrógeno ópticos libres de chispas detectan la presencia de hidrógeno sin electrónica, haciendo el proceso mucho más seguro."

La energía de hidrógeno tiene muchas más aplicaciones que solo impulsar vehículos eléctricos, así que las tecnologías que mitigan la inflamabilidad son críticas. Sensores robustos para detección de fugas de hidrógeno y control de concentración son importantes en todas las etapas de la economía basada en hidrógeno, incluyendo producción, distribución, almacenamiento y utilización en procesamiento de petróleo y producción, fertilizantes, aplicaciones metalúrgicas, electrónica, ciencias ambientales y en campos relacionados con salud y seguridad.

Los tres problemas clave asociados con sensores de hidrógeno son tiempo de respuesta, sensibilidad y costo. La tecnología actual principal para sensores ópticos de H2 requiere un monocromador costoso para grabar un espectro, seguido de analizar una comparación de desplazamiento espectral.

"Con nuestros sensores nano ópticos basados en intensidad, pasamos de detección de hidrógeno alrededor de 100 partes por millón a 2 partes por millón, a un costo de unos pocos dólares por chip de detección", dijo Tho. "Nuestro tiempo de respuesta de 0,8 segundos es 20% más rápido que el mejor dispositivo óptico disponible reportado en la literatura ahora mismo."

El nuevo dispositivo óptico se basa en la nanofabricación de una plantilla de nanoesferas cubierta con una capa de aleación de Paladio Cobalto. Cualquier hidrógeno presente es absorbido rápidamente, luego detectado por un LED. Un detector de silicio registra la intensidad de la luz transmitida.

Todos los metales tienden a absorber hidrógeno pero encontrar los elementos adecuados con un equilibrio correcto en la aleación y diseñar la nanoestructura para amplificar cambios sutiles en la transmisión de luz después de la absorción de hidrógeno les permitió establecer un nuevo referente de qué tan rápidos y sensibles pueden ser estos sensores.