El hidrógeno es un portador de energía limpia y renovable que puede alimentar vehículos, con agua como única emisión. Desafortunadamente, el gas hidrógeno es altamente inflamable cuando se mezcla con el aire, por lo que se necesitan sensores muy eficientes y efectivos. Ahora, investigadores de la Universidad de Chalmers deTechnology, Suecia, presenta los primeros sensores de hidrógeno que cumplen los objetivos de rendimiento futuros para su uso en vehículos impulsados por hidrógeno.
Los resultados innovadores de los investigadores se publicaron recientemente en la revista científica Materiales de la naturaleza . El descubrimiento es un nanosensor óptico encapsulado en un material plástico. El sensor funciona basado en un fenómeno óptico, un plasmón, que ocurre cuando las nanopartículas metálicas se iluminan y capturan la luz visible. El sensor simplemente cambia de color cuando la cantidad deEl hidrógeno en el medio ambiente cambia.
El plástico alrededor del pequeño sensor no es solo para protección, sino que funciona como un componente clave. Aumenta el tiempo de respuesta del sensor al acelerar la absorción de las moléculas de gas hidrógeno en las partículas metálicas donde se pueden detectar. Al mismo tiempo, el plástico actúa como una barrera efectiva para el medio ambiente, evitando que cualquier otra molécula ingrese y desactive el sensor, por lo que puede funcionar de manera altamente eficiente y sin molestias, lo que le permite cumplir con las rigurosas demandas de la industria automotriz: ser capazde detectar 0.1 por ciento de hidrógeno en el aire en menos de un segundo.
"No solo hemos desarrollado el sensor de hidrógeno más rápido del mundo, sino también un sensor que es estable en el tiempo y no se desactiva. A diferencia de los sensores de hidrógeno actuales, nuestra solución no necesita ser recalibrada con tanta frecuencia, ya que está protegida porplástico ", dice Ferry Nugroho, investigador del Departamento de Física de Chalmers.
Fue durante su tiempo como estudiante de doctorado que Ferry Nugroho y su supervisor Christoph Langhammer se dieron cuenta de que estaban haciendo algo grande. Después de leer un artículo científico que decía que nadie había logrado cumplir los estrictos requisitos de tiempo de respuesta impuestos al hidrógenosensores para futuros automóviles de hidrógeno, probaron su propio sensor. Se dieron cuenta de que estaban a solo un segundo del objetivo, sin siquiera tratar de optimizarlo. El plástico, originalmente pensado principalmente como una barrera, hizo el trabajo mejor de lo que podría haberlo hecho.imaginado, haciendo también que el sensor sea más rápido. El descubrimiento condujo a un intenso período de trabajo experimental y teórico.
"En esa situación, no había nada que nos detuviera. Queríamos encontrar la mejor combinación de nanopartículas y plástico, entender cómo funcionaban juntos y qué lo hizo tan rápido. Nuestro arduo trabajo arrojó resultados. En solo unos meses, nosotroslogró el tiempo de respuesta requerido, así como la comprensión teórica básica de lo que lo facilita ", dice Ferry Nugroho.
La detección de hidrógeno es un desafío en muchos sentidos. El gas es invisible e inodoro, pero volátil y extremadamente inflamable. Requiere solo cuatro por ciento de hidrógeno en el aire para producir oxihidrógeno gaseoso, a veces conocido como knallgas, que se enciende con la chispa más pequeña.Para que los automóviles de hidrógeno y la infraestructura asociada del futuro sean lo suficientemente seguros, por lo tanto, debe ser posible detectar cantidades extremadamente pequeñas de hidrógeno en el aire. Los sensores deben ser lo suficientemente rápidos como para detectar fugas rápidamente antes de que ocurra un incendio.
"Se siente genial presentar un sensor que puede ser parte de un gran avance para los vehículos impulsados por hidrógeno. El interés que vemos en la industria de las pilas de combustible es inspirador", dice Christoph Langhammer, profesor del Departamento de Física de Chalmers.
Aunque el objetivo es principalmente utilizar hidrógeno como portador de energía, el sensor también presenta otras posibilidades. Se necesitan sensores de hidrógeno altamente eficientes en la industria de la red eléctrica, la industria química y de energía nuclear, y también pueden ayudar a mejorar el diagnóstico médico.
"La cantidad de gas de hidrógeno en nuestro aliento puede proporcionar respuestas a, por ejemplo, inflamaciones e intolerancias alimentarias. Esperamos que nuestros resultados puedan utilizarse en un frente amplio. Esto es mucho más que una publicación científica", dice ChristophLanghammer.
A la larga, la esperanza es que el sensor se pueda fabricar en serie de manera eficiente, por ejemplo, utilizando tecnología de impresora 3D.
Hechos: el sensor de hidrógeno más rápido del mundo
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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