世界上最快的氢传感器：为清洁氢能源铺平道路

世界上最快的氢传感器可能为清洁氢能源铺平道路

氢是一种清洁的可再生能源载体，可以为汽车提供动力，唯一的排放物是水。不幸的是，氢气与空气混合时极易燃烧，因此需要非常有效的传感器。现在，来自瑞典查尔默斯理工大学的研究人员提出了第一个氢传感器，以满足未来氢动力汽车的性能目标。

该发现是一种封装在塑料材料中的光学纳米传感器。这种传感器的工作原理是基于一种光学现象——等离子体——当金属纳米粒子被照亮并捕获可见光时就会发生这种现象。当环境中的氢含量发生变化时，传感器就会改变颜色。

微型传感器周围的塑料不仅可以起到保护作用，而且还是一个关键部件。它通过加速将氢气分子吸收到能够被探测到的金属颗粒中，从而提高了传感器的响应时间。与此同时，塑料作为一个有效的屏障对环境，防止任何其他分子进入和停用传感器。因此，该传感器可以高效且不受干扰地工作，从而满足汽车行业的严格要求——能够在不到一秒的时间内检测空气中0.1%的氢气。

“我们不仅开发了世界上最快的氢传感器，而且还开发了一种随着时间推移保持稳定、不会失效的传感器。与今天的氢传感器不同，我们的解决方案不需要经常重新校准，因为它受到塑料的保护。

这篇文章指出，目前还没有人能够成功地达到未来氢动力汽车对氢传感器的严格响应时间要求。他们意识到他们离目标只有一秒钟的距离，甚至没有试图优化它。塑料最初主要是作为一个屏障，但它的工作效果比他们想象的要好，因为它还使传感器的速度更快。这一发现导致了一段紧张的实验和理论工作。

探测氢气在很多方面都很有挑战性。这种气体不可见，没有气味，但易挥发，极易燃烧。它只需要空气中4%的氢就能产生氢氧气体，有时也被称为knallgas，在最小的火花下就能点燃。为了使氢汽车和未来的相关基础设施足够安全，必须能够探测到空气中极少量的氢。传感器的速度必须足够快，以便在火灾发生前能够迅速检测到泄漏。

虽然目标主要是使用氢作为能源载体，传感器也提出了其他可能性。高效的氢传感器在电力网络工业、化学和核能工业中都是必需的，而且还可以帮助改善医疗诊断。

从长远来看，我们希望传感器能够以高效的方式串联生产，例如使用3D打印机技术。

事实:世界上最快的氢传感器

查尔默斯开发的传感器基于一种光学现象——等离子体，这种现象发生在金属纳米粒子被照亮并捕获一定波长的光时。这种光学纳米传感器包含数以百万计的钯金合金金属纳米颗粒，钯金合金以其海绵状的吸收大量氢的能力而闻名。当环境中的氢含量发生变化时，等离子体效应会导致传感器变色。传感器周围的塑料不仅是一种保护，而且通过促进氢分子更快地穿透金属颗粒，从而更快地被检测到，从而增加了传感器的响应时间。与此同时，塑料对环境起着有效的屏障作用，因为除了氢，没有其他分子能到达纳米颗粒，这就防止了失活。该传感器的效率意味着它能够在不到一秒的时间内检测到空气中0.1%的氢气，从而满足汽车行业为未来氢汽车应用设定的严格性能目标。