Schnellster Wasserstoffsensor entwickelt
Forscher der Technischen Universität Chalmers wollen Brennstoffzellen-Autos sicherer machen
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So umtanzen Wasserstoffatome die Nanopartikel (Animation: Ella Marushchenko) |
Göteborg (pte002/16.04.2019/06:05) Forscher um Physiker Ferry Nugroho von der Technischen Universität Chalmers http://chalmers.se/en haben einen extrem sensiblen Sensor entwickelt, der auf winzige Mengen an Wasserstoff anspricht. Es handelt sich um einen Nanosensor, der in Kunststoff eingebettet ist. Nützlich ist dieser vor allem, um die Explosionsgefahr von Brennstoffzellen, zum Beispiel in umweltfreundlichen Autos, zu verringern.
Plasmonen als Grundlage
Der neue Sensor arbeitet auf Basis eines optischen Phänomens namens Plasmonen. Dabei handelt es sich um Schwingungen von Elektronen relativ zu positiv geladenen Ionen in Festkörpern, Metallen etwa. In diesem Fall werden metallische Nanopartikel aus einer Palladium-Gold-Legierung beleuchtet. Sie schlucken einen Teil des Lichts. Dieser Anteil ändert sich, wenn sich die Wasserstoffkonzentration verändert - der Sensor ändert dann seine Farbe. Diese lässt sich mit entsprechenden Fotodioden messen.
Die Kunststoffhülle bietet dem Sensor Schutz, ist darüber hinaus aber eine Schlüsselkomponente. Sie verbessert die Reaktionszeit, weil sie die Aufnahme von Wasserstoffatomen beschleunigt. Da das Hüllmaterial für alle anderen Atome und Moleküle undurchlässig ist, können den Nanosensor keine Schadstoffe erreichen, die das Messergebnis verfälschen oder ihn gar zerstören würden. Er erfülle die Anforderungen, die die Autoindustrie an derartige Sensoren stellt, sagt Nugroho.
Speed durch Kunststoff
"Wir haben den schnellsten Wasserstoffsensor der Welt entwickelt, der zudem äußerst stabil ist und nicht deaktiviert werden kann", so Nugroho. Er erfasst eine Konzentration von 0,1 Prozent in der Umgebungsluft innerhalb einer Sekunde. Dass Kunststoff die Reaktionszeit des Sensors beschleunigt, fanden Nugroho und Kollege Christoph Langhammer eher durch Zufall. Ursprünglich war er nur als Schutzhülle gedacht. Als die beiden Wissenschaftler sahen, dass der Kunststoff die Messung beschleunigte, experimentierten sie mit unterschiedlichen Werkstoffen, bis sie die beste Kombination aus Sensor und Kunststoff gefunden hatten.
Brennstoffzellen-Hersteller sollen laut den Wissenschaftlern bereits interessiert an der Entwicklung sein. Brennstoffzellen können den Strom für die Motoren von Elektroautos liefern. Sie funktionieren am besten, wenn sie mit reinem Wasserstoff betrieben werden. Da dieser hochexplosiv ist, müssen solche Autos mit Sensoren ausgestattet werden, die Lecks schnell erkennen, damit Katastrophen verhindert werden können. Sie sind auch geeignet, um Industrieanlagen, in denen mit Wasserstoff gearbeitet wird, und Tanklager zu schützen.
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