Wetenschappers ontwikkelen ultrasnelle waterstoflekdetectie

Naarmate de verspreiding van milieuvriendelijke waterstofauto’s toeneemt, neemt ook het belang van waterstofsensoren toe. Vooral het realiseren van technologie om waterstoflekken binnen één seconde te detecteren blijft een uitdagende opgave. Dienovereenkomstig is de ontwikkeling van ’s werelds eerste waterstofsensor die voldoet aan de prestatienormen van het Amerikaanse ministerie van Energie een hot topic geworden.

Een team bij KAIST onder leiding van Dr. Min-Seung Jo van het team van professor Jun-Bo Yoon bij de afdeling Electrical and Electronic Engineering heeft met succes alle gewenste prestatie-indicatoren behaald en voldoet aan wereldwijd erkende normen door samenwerking met het Electromagnetic Energy Materials Research Team bij het Basic Materials Research Center van Hyundai Motor Company en professor Min-Ho Seo van de Pusan ​​National University.

Op 10 januari maakte de onderzoeksgroep bekend dat ’s werelds eerste waterstofsensor met een snelheid van minder dan 0,6 seconde was ontwikkeld.

Om waterstofdetectietechnologie veilig te stellen die sneller en stabieler is dan de bestaande gecommercialiseerde waterstofsensoren, begon het KAIST-team in 2021 samen met Hyundai Motor Company een waterstofsensor van de volgende generatie te ontwikkelen. Ze slaagden erin na twee jaar ontwikkeling. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Nano.

Het bestaande onderzoek naar waterstofsensoren heeft zich vooral gericht op het detecteren van materialen, zoals katalytische behandelingen of het legeren van palladium (Pd) materialen, die veel worden gebruikt in waterstofsensoren. Hoewel deze onderzoeken uitstekende prestaties lieten zien met bepaalde prestatie-indicatoren, voldeden ze niet aan alle gewenste prestatie-indicatoren en was de commercialisering beperkt vanwege de moeilijkheid van batchverwerking.

Om dit te ondervangen ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​sensor die aan alle prestatie-indicatoren voldeed door een combinatie van onafhankelijk micro-/nanostructuurontwerp en verwerkingstechnologie op basis van pure palladiummaterialen.

Bovendien werden, met het oog op de toekomstige massaproductie, pure metalen materialen met minder materiaalbeperkingen gebruikt in plaats van synthetische materialen, en werd een waterstofsensor van de volgende generatie ontwikkeld die in massa geproduceerd kon worden op basis van een batchproces van halfgeleiders.

Het ontwikkelde apparaat is een differentieel coplanair apparaat waarin de verwarmer en de sensormaterialen naast elkaar in hetzelfde vlak zijn geïntegreerd om de ongelijke temperatuurverdeling van bestaande gassensoren te overwinnen, waarbij de verwarmer, de isolatielaag en de sensormaterialen verticaal zijn gestapeld.

Het palladium nanomateriaal, een sensormateriaal, heeft een volledig zwevende structuur en wordt van onderaf blootgesteld aan lucht, waardoor het reactiegebied met een gas wordt gemaximaliseerd om een ​​hoge reactiesnelheid te garanderen. Bovendien werkt het palladium-sensormateriaal in het hele gebied op een uniforme temperatuur. Het onderzoeksteam kon een hoge werkingssnelheid, een brede detectieconcentratie en ongevoeligheid voor temperatuur/vochtigheid garanderen door de temperatuurgevoelige detectieprestaties nauwkeurig te regelen.

Het team verpakte het gefabriceerde apparaat met een Bluetooth-module om een ​​geïntegreerd systeem te creëren dat draadloos waterstoflekken binnen één seconde detecteert. In tegenstelling tot bestaande hoogwaardige optische waterstofsensoren is deze zeer draagbaar en kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen waarbij waterstofenergie wordt gebruikt.

Dr. Min-Seung Jo, die het onderzoek leidde, zei: “De resultaten van dit onderzoek zijn van grote waarde omdat ze niet alleen op hoge snelheden werken door de prestatielimieten van bestaande waterstofsensoren te overschrijden, maar ook de noodzakelijke betrouwbaarheid en stabiliteit garanderen. voor daadwerkelijk gebruik en kan op verschillende plaatsen worden gebruikt, zoals auto’s, waterstoflaadstations en woningen.”

Hij onthulde ook zijn toekomstplannen en zei: “Door de commercialisering van deze waterstofsensortechnologie wil ik graag bijdragen aan het bevorderen van het veilige en milieuvriendelijke gebruik van waterstofenergie.”

Het onderzoeksteam werkt momenteel samen met Hyundai Motor Company om het apparaat op waferschaal te vervaardigen en het vervolgens op een voertuigmodule te monteren om de detectie- en duurzaamheidsprestaties verder te verifiëren.