El hidrógeno juega un papel cada vez más importante en la transición hacia una economía completamente sostenible. Ya se está utilizando a gran escala en la industria, pero también se utiliza con mayor frecuencia para el almacenamiento de energía sostenible y como combustible para vehículos grandes y pesados ​​en particular. Hay planes para convertir la red de gas natural existente en una red de hidrógeno. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, el hidrógeno es un gas combustible y, a veces, incluso explosivo, por lo que es importante rastrear las fugas de hidrógeno más pequeñas lo más rápido posible. Esto hace que sea barato Sensores fiables que pueden detectar rápidamente pequeñas cantidades de hidrógeno de vital importancia. Los investigadores de TU Delft ahora han desarrollado un material que es extremadamente adecuado para esta tarea.

En la actualidad, el hidrógeno se detecta generalmente con equipos relativamente grandes y costosos, que a menudo necesita oxígeno y electricidad para funcionar correctamente. Esta combinación de oxígeno y electricidad puede ser peligrosa en las proximidades del hidrógeno, haciendo que los sensores no sean adecuados para muchas aplicaciones.

Los sensores ópticos de hidrógeno no tienen estas desventajas. Este tipo de sensor se basa en el hecho de que las propiedades ópticas de algunos materiales cambian cuando absorben hidrógeno en el momento en que el hidrógeno está presente cerca del sensor. Este cambio en las propiedades ópticas se puede medir, por ejemplo, considerando la cantidad de luz reflejada por el material. La clave aquí es encontrar un material de detección que absorba gradualmente más hidrógeno a medida que aumenta la concentración de hidrógeno en las proximidades del sensor.

Todos los materiales de detección actualmente conocidos tienen sus limitaciones. Por ejemplo, pueden medir cantidades relativamente altas de hidrógeno, responde lento, sólo funciona a altas temperaturas (> 90 ° C), o son muy complicados de hacer. El sensor de Delft, a base de tantalio y paladio, no tiene ninguna de estas desventajas:es capaz de detectar con precisión el hidrógeno a temperatura ambiente, así como a temperaturas más altas y tanto en concentraciones bajas como altas.

En su búsqueda del mejor material de detección para un sensor óptico de hidrógeno, los investigadores de Delft utilizaron una amplia gama de técnicas avanzadas para caracterizar los materiales. "Además de las mediciones ópticas, utilizamos rayos X y radiación de neutrones producida por nuestro propio reactor de investigación en Delft para comprender mejor los materiales, "explica Lars Bannenberg." A partir de estas mediciones adquirimos una comprensión más profunda de los materiales, lo que nos permite mejorar sus propiedades. Por ejemplo, Hacemos uso del hecho de que los materiales se comportan un poco diferente de lo que estamos acostumbrados cuando se hacen extremadamente delgados. Por lo tanto, el sensor de hidrógeno definitivo solo contendrá una capa delgada del material descubierto con un grosor de menos de una milésima parte de un cabello humano ".

Balanza de cocina

Lo que hace que este material sea especial es que puede medir el hidrógeno en al menos siete órdenes de magnitud de presión. Eso es comparable a una báscula de cocina que puede medir cualquier cosa, desde unos pocos gramos de harina hasta el peso de un elefante, y todo con la misma precisión relativa. Esto hace que el sensor sea muy versátil:se puede utilizar para medir las fugas de hidrógeno más pequeñas en una estación de servicio de hidrógeno. por ejemplo, y también para determinar la cantidad de hidrógeno en una pila de combustible de hidrógeno.

Otro aspecto útil es la velocidad de respuesta excepcional del material sensor:reacciona a un cambio en la concentración de hidrógeno en una fracción de segundo, mucho más rápido que la mayoría de los materiales, que a menudo tienen tiempos de respuesta de varias decenas de segundos o incluso minutos. Que un solo material pueda hacer todo esto fue una sorpresa para el propio equipo:"Habíamos pensado que podríamos mejorar un poco los materiales actuales, pero que nuestro material tuviera todas estas propiedades útiles fue más allá de nuestros sueños más locos, "dice Bernard Dam.

Planes ambiciosos

Se ha presentado una solicitud de patente para el nuevo material de detección y la revista de renombre internacional Advanced Functional Materials ha publicado un artículo sobre el descubrimiento. Hay planes ambiciosos para el futuro próximo. Por ejemplo, los investigadores también quieren ver si el material también se puede utilizar en sensores que sean adecuados para su uso a temperaturas muy bajas (-50 ° C), de modo que también se puedan utilizar en aviones. "Aparte de esto, estamos explorando la posibilidad de construir un sensor prototipo que también funcione fuera del laboratorio, "dice Herman Schreuders." Además, queremos ver si los sensores se pueden utilizar en pilas de combustible de hidrógeno ".