Greg Glatzmaier, del Laboratorio Nacional de Energía Renovable , determina la estabilidad térmica y mecánica a alta temperatura de los selladores utilizados en un prototipo de laboratorio del módulo separador de sensor de hidrógeno integrado.
Un sensor de hidrógeno es un detector de gas que detecta la presencia de hidrógeno . Contienen sensores de hidrógeno de contacto puntual microfabricados y se utilizan para localizar fugas de hidrógeno. Se consideran económicos, compactos, duraderos y fáciles de mantener en comparación con los instrumentos de detección de gas convencionales. [1]
Cuestiones clave
Hay cinco problemas clave con los detectores de hidrógeno: [2]
Confiabilidad : La funcionalidad debe ser fácilmente verificable.
Rendimiento : detección de 0,5 % de hidrógeno en el aire o mejor
Vida útil : al menos el tiempo entre mantenimientos programados.
Costo : El objetivo es $5 por sensor y $30 por controlador.
Requisitos adicionales
Cobertura del rango de medición de concentración de 0,1 a 10,0 % [3]
Funcionamiento en temperaturas de -30 °C a 80 °C
Precisión dentro del 5% de la escala completa
Funciona en un entorno de aire y gas ambiental dentro de un rango de humedad relativa del 10 al 98 %
Resistencia a hidrocarburos y otras interferencias.
Vida útil mayor a 10 años
Tipos de microsensores
Existen varios tipos de microsensores de hidrógeno, que utilizan diferentes mecanismos para detectar el gas. [4] El paladio se utiliza en muchos de ellos, porque absorbe selectivamente el gas hidrógeno y forma el compuesto hidruro de paladio . [5] Los sensores basados en paladio tienen una fuerte dependencia de la temperatura, lo que hace que su tiempo de respuesta sea demasiado grande a temperaturas muy bajas. [6] Los sensores de paladio deben protegerse contra el monóxido de carbono , el dióxido de azufre y el sulfuro de hidrógeno .
Sensor electroquímico de hidrógeno: se pueden detectar niveles bajos (ppm) de gas hidrógeno utilizando sensores electroquímicos que comprenden un conjunto de electrodos empaquetados de manera tal que estén rodeados por un electrolito conductor y el ingreso de gas controlado con un capilar de difusión limitada.
Sensor de hidrógeno MEMS – La combinación de nanotecnología y tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) permite la producción de un microsensor de hidrógeno que funciona correctamente a temperatura ambiente. Un tipo de sensor de hidrógeno basado en MEMS está recubierto con una película que consiste en óxido de indio nanoestructurado ( In2O3 ) y óxido de estaño ( SnO2 ). [7] Una configuración típica para sensores de hidrógeno mecánicos basados en Pd es el uso de un voladizo independiente que está recubierto con Pd. [8] [ 9 ] En presencia de H2 , la capa de Pd se expande y, por lo tanto, induce una tensión que hace que el voladizo se doble. También se han informado en la literatura sobre resonadores nanomecánicos recubiertos de Pd, que se basan en el cambio de frecuencia de resonancia mecánica inducido por la tensión causado por la presencia de gas H2 . En este caso, la velocidad de respuesta se mejoró mediante el uso de una capa muy delgada de Pd (20 nm). El calentamiento moderado se presentó como una solución al deterioro de la respuesta observado en condiciones húmedas. [10]
Sensor de película delgada: un sensor de película delgada de paladio se basa en una propiedad opuesta que depende de las estructuras a escala nanométrica dentro de la película delgada. En la película delgada, las partículas de paladio de tamaño nanométrico se hinchan cuando se forma el hidruro y, en el proceso de expansión, algunas de ellas forman nuevas conexiones eléctricas con sus vecinas. La resistencia disminuye debido al mayor número de vías conductoras. [2] [11]
Sensores de película gruesa: dispositivos que generalmente tienen dos componentes principales: 1) una capa gruesa (cientos de micrones) de algún material semiconductor ( SnO 2 , In 2 O 3 ), llamada "matriz" y una capa superior de aditivos catalíticamente activos como metales nobles (Pd, [12] Pt [13] ) y óxidos metálicos ( Co incógnitaOh y[14] ) acelerando la reacción de oxidación del hidrógeno en la superficie, lo que hace que la respuesta del sensor sea mucho más rápida. El papel de la "matriz" es transducir la señal al sistema de medición. Los sensores de película gruesa son más estables que los sensores de película delgada en términos de deriva de la señal, pero generalmente muestran una respuesta del sensor más lenta debido a las restricciones de difusión en una capa gruesa. La tecnología de sensores de película gruesa está siendo reemplazada por enfoques de película delgada debido a la creciente necesidad de integración de sensores en sistemas electrónicos modernos. Los sensores de película gruesa requieren temperaturas más altas para su funcionamiento y, por lo tanto, parecen ser poco compatibles con los sistemas electrónicos digitales.
Sensores de hidrógeno quimiocrómicos: los sensores de hidrógeno quimiocrómicos reversibles e irreversibles incluyen una pintura pigmentada inteligente que identifica visualmente las fugas de hidrógeno mediante un cambio de color. El sensor también está disponible en forma de cinta. [15] Se han desarrollado otros métodos para analizar la producción biológica de hidrógeno . [16]
El La - Mg2 - Ni metálico , que es conductor eléctrico , absorbe hidrógeno cerca de las condiciones ambientales, formando el hidruro no metálico LaMg2NiH7, un aislante . [19]
Los sensores normalmente se calibran en la fábrica de fabricación y son válidos durante la vida útil de la unidad.
Realce
El siloxano mejora la sensibilidad y el tiempo de reacción de los sensores de hidrógeno. [5] Se pueden detectar niveles de hidrógeno tan bajos como 25 ppm, muy por debajo del límite explosivo inferior del hidrógeno de alrededor de 40.000 ppm.
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Lectura adicional
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Enlaces externos
Sensor de hidrógeno de amplio rango
Sensor de fibra óptica tipo Bragg
Historia de éxito de EERE H2scan
2010-NCKU-Sensor de hidrógeno de tipo transistor semiconductor
Laboratorio Nacional de Argonne (Película Delgada)
