Sensores Eliminam Risco de Faísca, Aumentando Segurança de Veículos a Hidrogênio

Hidrogênio como alternativa limpa e renovável aos combustíveis fósseis é parte de um futuro energético sustentável, e já está muito presente. No entanto, preocupações persistentes sobre inflamabilidade limitaram o uso generalizado de hidrogênio como fonte de energia para veículos elétricos. Avanços anteriores minimizaram o risco, mas nova pesquisa da Universidade da Geórgia agora coloca esse risco no retrovisor.

Veículos a hidrogênio podem reabastecer muito mais rápido e ir mais longe sem reabastecer do que os veículos elétricos atuais, que usam energia de bateria. Mas um dos obstáculos finais para a energia de hidrogênio é garantir um método seguro para detectar vazamentos de hidrogênio.

Um novo estudo documenta um sensor de hidrogênio óptico barato, livre de faíscas, que é mais sensível — e mais rápido — que modelos anteriores.

"Atualmente, a maioria dos sensores comerciais de hidrogênio detecta a mudança de um sinal eletrônico em materiais ativos na interação com gás hidrogênio, o que pode potencialmente induzir ignição de gás hidrogênio por faísca elétrica", disse Tho Nguyen, professor associado. "Nossos sensores de hidrogênio ópticos livres de faíscas detectam a presença de hidrogênio sem eletrônica, tornando o processo muito mais seguro."

Energia de hidrogênio tem muitas mais aplicações do que apenas alimentar veículos elétricos, então tecnologias que mitigam inflamabilidade são críticas. Sensores robustos para detecção de vazamento de hidrogênio e controle de concentração são importantes em todas as etapas da economia baseada em hidrogênio, incluindo produção, distribuição, armazenamento e utilização em processamento de petróleo e produção, fertilizantes, aplicações metalúrgicas, eletrônica, ciências ambientais e em campos relacionados a saúde e segurança.

Os três problemas-chave associados a sensores de hidrogênio são tempo de resposta, sensibilidade e custo. A tecnologia atual mainstream para sensores ópticos de H2 requer um monocromador caro para registrar um espectro, seguido por análise de comparação de deslocamento espectral.

"Com nossos nano-sensores ópticos baseados em intensidade, passamos de detecção de hidrogênio em torno de 100 partes por milhão para 2 partes por milhão, a um custo de alguns dólares para um chip de detecção", disse Tho. "Nosso tempo de resposta de 0,8 segundos é 20% mais rápido que o melhor dispositivo óptico disponível relatado na literatura atualmente."

O novo dispositivo óptico depende da nanofabricação de um modelo de nanoesfera coberto com uma camada de liga de Paládio Cobalto. Qualquer hidrogênio presente é rapidamente absorvido, então detectado por um LED. Um detector de silício registra a intensidade da luz transmitida.

Todos os metais tendem a absorver hidrogênio, mas encontrar os elementos adequados com o equilíbrio certo na liga e engenheirar a nanoestrutura para amplificar mudanças sutis na transmissão de luz após absorção de hidrogênio permitiu que eles estabelecessem um novo padrão para quão rápidos e sensíveis esses sensores podem ser.