Väte som en ren, förnybara alternativ till fossila bränslen är en del av en hållbar energiframtid, och mycket redan här. Dock, kvardröjande oro för brandfarlighet har begränsat den utbredda användningen av väte som kraftkälla för elfordon. Tidigare framsteg har minimerat risken, men ny forskning från University of Georgia lägger nu den risken i backspegeln.

Vätgasfordon kan tanka mycket snabbare och gå längre utan att tanka än dagens elfordon, som använder batteri. Men ett av de sista hindren för vätgaskraft är att säkra en säker metod för att upptäcka vätgasläckor.

En ny studie publicerad i Naturkommunikation dokumenterar en billig, gnistfri, optiskt baserad vätesensor som är känsligare – och snabbare – än tidigare modeller.

"Just nu, de flesta kommersiella vätesensorer upptäcker förändringen av en elektronisk signal i aktiva material vid interaktion med vätgas, som potentiellt kan inducera vätgasantändning genom elektriska gnistor, "sa Tho Nguyen, docent i fysik vid Franklin College of Arts and Sciences, en medrektor för projektet. "Våra gnistfria optiskt baserade vätesensorer detekterar närvaron av väte utan elektronik, gör processen mycket säkrare."

Inte bara för bilar

Vätgaskraft har många fler tillämpningar än att driva elfordon, och lättantändlighetsreducerande teknik är avgörande. Robusta sensorer för vätgasläckagedetektering och koncentrationskontroll är viktiga i alla stadier av den vätebaserade ekonomin, inklusive produktion, distribution, lagring och utnyttjande i petroleumprocess och produktion, gödselmedel, metallurgiska tillämpningar, elektronik, miljövetenskap, och inom hälso- och säkerhetsrelaterade områden.

De tre nyckelproblemen förknippade med vätesensorer är svarstid, känslighet, och kostnad. Den nuvarande vanliga tekniken för H2 optiska sensorer kräver en dyr monokromator för att spela in ett spektrum, följt av att analysera en jämförelse av spektralskift.

"Med våra intensitetsbaserade optiska nanosensorer, vi går från detektering av väte vid cirka 100 miljondelar till 2 miljondelar, till en kostnad av några dollar för ett avkänningschip, " sa Tho. "Vår svarstid på 0,8 sekunder är 20 % snabbare än den bästa tillgängliga optiska enheten som rapporterats i litteraturen just nu."

Hur det fungerar

Den nya optiska enheten bygger på nanotillverkning av en nanosfärmall täckt med ett lager av palladiumkobolt. Eventuellt väte absorberas snabbt, detekteras sedan av en lysdiod. En kiseldetektor registrerar intensiteten av det sända ljuset.

"Alla metaller tenderar att absorbera väte, men genom att hitta de lämpliga elementen med en rätt balans i legeringen och konstruera nanostrukturen för att förstärka subtila förändringar i ljustransmission efter väteabsorption, vi kunde sätta ett nytt riktmärke för hur snabba och känsliga dessa sensorer kan vara, sa George Larsen, en senior vetenskapsman vid Savannah River National Laboratory och medföreståndare för projektet. "Allt samtidigt som sensorplattformen är så enkel som möjligt."