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chalmers.se/en | Yen Strandqvist | In einer nachhaltigen Gesellschaft, in der Wasserstoff ein Energieträger ist, sind schnelle und genaue Sensoren von entscheidender Bedeutung. Wasserstoffgas wird durch Aufspaltung von Wasser mit Hilfe von Strom erzeugt, der mit Windkraft oder Solarzellen erzeugt wurde. Die Sensoren werden sowohl bei der Wasserstoffproduktion als auch beim Einsatz benötigt, beispielsweise in Autos, die mit einer Brennstoffzelle betrieben werden. Um die Bildung von brennbaren und explosiven "Knallgas" beim Mischen von Wasserstoff mit Luft zu vermeiden, müssen die Wasserstoffsensoren in der Lage sein, Leckagen schnell zu erkennen.

© chalmers.se/en | Yen Strandqvist | In einer nachhaltigen Gesellschaft, in der Wasserstoff ein Energieträger ist, sind schnelle und genaue Sensoren von entscheidender Bedeutung. Wasserstoffgas wird durch Aufspaltung von Wasser mit Hilfe von Strom erzeugt, der mit Windkraft oder Solarzellen erzeugt wurde. Die Sensoren werden sowohl bei der Wasserstoffproduktion als auch beim Einsatz benötigt, beispielsweise in Autos, die mit einer Brennstoffzelle betrieben werden. Um die Bildung von brennbaren und explosiven "Knallgas" beim Mischen von Wasserstoff mit Luft zu vermeiden, müssen die Wasserstoffsensoren in der Lage sein, Leckagen schnell zu erkennen.

Schnellster Wasserstoffsensor entwickelt

Forscher der Technischen Universität Chalmers wollen Brennstoffzellen-Autos sicherer machen.

Forscher um Physiker Ferry Nugroho von der Technischen Universität Chalmers 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.

chalmers.se/en | So umtanzen Wasserstoffatome die Nanopartikel
Quelle

Der Bericht wurde von
der Redaktion „pressetext.com“
(Wolfgang Kempkens) 2019
 verfasst
– der Artikel darf nicht ohne Genehmigung weiterverbreitet werden! 

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