Greg Glatzmaier, del Laboratorio Nacional de Energías Renovables , determina la estabilidad térmica y mecánica a alta temperatura de los selladores utilizados en un prototipo de laboratorio del módulo separador del 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 de bajo costo, compactos, duraderos y fáciles de mantener en comparación con los instrumentos de detección de gases convencionales. [1]
Cuestiones clave
Hay cinco problemas clave con los detectores de hidrógeno: [2]
Fiabilidad : 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.
Requerimientos adicionales
Cobertura del rango de medición de 0,1 a 10,0 % de concentración [3]
Funcionamiento a temperaturas de −30 °C a 80 °C
Precisión dentro del 5% de la escala completa
Funciona en un entorno de aire ambiente y gas dentro de un rango de humedad relativa del 10 al 98 %.
Resistencia a hidrocarburos y otras interferencias.
Vida útil superior 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 estos, porque absorbe selectivamente 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 largo a temperaturas muy bajas. [6] Los sensores de paladio deben protegerse contra el monóxido de carbono , el dióxido de azufre y el ácido sulfhídrico .
Sensor electroquímico de hidrógeno: se pueden detectar niveles bajos (ppm) de gas hidrógeno utilizando sensores electroquímicos que comprenden una serie de electrodos empaquetados para estar rodeados por un electrolito conductor y la entrada de gas controlada 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 ( In 2 O 3 ) y óxido de estaño ( SnO 2 ). [7] Una configuración típica para sensores mecánicos de hidrógeno basados en Pd es el uso de un voladizo independiente recubierto con Pd. [8] [9] En presencia de H 2 , la capa de Pd se expande y por lo tanto induce una tensión que hace que el voladizo se doble. También se han descrito en la literatura resonadores nanomecánicos recubiertos de Pd , que se basan en el cambio de frecuencia de resonancia mecánica inducido por tensión causado por la presencia de gas H2 . En este caso, la velocidad de respuesta se mejoró mediante el uso de una capa muy fina de Pd (20 nm). El calentamiento moderado se presentó como una solución al deterioro de la respuesta observado en condiciones de humedad. [10]
Sensor de película delgada: un sensor de película delgada de paladio se basa en una propiedad opuesta que depende de las estructuras a nanoescala dentro de la película delgada. En la fina película, las nanopartículas de paladio 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 suelen tener 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 los metales nobles. (Pd, [12] Pt [13] ) y óxidos metálicos ( Co Xoh y[14] ) acelerando la reacción de oxidación del hidrógeno en la superficie, lo que hace que la respuesta del sensor sea mucho más rápida. La función 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 exhiben una respuesta del sensor más lenta debido a restricciones de difusión en una capa gruesa. La tecnología de sensores de película gruesa está siendo sustituida por enfoques de película delgada debido a la creciente necesidad de integración de sensores en los sistemas electrónicos modernos. Los sensores de película gruesa requieren temperaturas elevadas para su funcionamiento y, por lo tanto, parecen poco compatibles con los sistemas electrónicos digitales.
Sensores de hidrógeno quimiocrómico: 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 . [dieciséis]
El La - Mg2 - Ni metálico , que es conductor de electricidad , absorbe hidrógeno cerca de las condiciones ambientales, formando el hidruro no metálico LaMg2NiH7 como aislante . [19]
Los sensores normalmente se calibran en la fábrica de fabricación y son válidos durante la vida útil de la unidad.
Mejora
El siloxano mejora la sensibilidad y el tiempo de reacción de los sensores de hidrógeno. [5] Se puede lograr la detección de 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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Otras lecturas
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Trouillet, A.; Marín, E.; Veillas, C. (2006). "Rejillas de fibra para detección de hidrógeno" (PDF) . Ciencia y tecnología de la medición . 17 (5): 1124. doi :10.1088/0957-0233/17/5/S31.
Zhang, P.; Deshpande, S.; Focas.; Cho, HJ; Medelius, PJ (2006). "Detección rápida de hidrógeno a temperatura ambiente mediante un microsensor integrado en nanopartículas". SENSORES, 2006 . IEEE. págs. 712–5. doi :10.1109/ICSENS.2007.355560. ISBN 1-4244-0375-8.
Brett, L. (octubre de 2003). «Sensores de seguridad de hidrógeno y sus aplicaciones en el almacenamiento, distribución y uso de hidrógeno» (PDF) . Centro Común de Investigación, Comisión Europea.
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 tipo transistor semiconductor
