A medida que aumenta la difusión de los coches de hidrógeno ecológicos, también aumenta la importancia de los sensores de hidrógeno. En particular, lograr una tecnología que detecte fugas de hidrógeno en un segundo sigue siendo una tarea desafiante. En consecuencia, el desarrollo del primer sensor de hidrógeno del mundo que cumpla con los estándares de rendimiento del Departamento de Energía de EE. UU. se ha convertido en un tema candente.
Un equipo de KAIST dirigido por el Dr. Min-Seung Jo del equipo del profesor Jun-Bo Yoon en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica ha logrado con éxito todos los indicadores de rendimiento deseados, cumpliendo con estándares reconocidos mundialmente a través de la colaboración con el Equipo de Investigación de Materiales de Energía Electromagnética. en el Centro de Investigación de Materiales Básicos de Hyundai Motor Company y el profesor Min-Ho Seo de la Universidad Nacional de Pusan.
El 10 de enero, el grupo de investigación anunció que se había desarrollado el primer sensor de hidrógeno del mundo con una velocidad de menos de 0,6 segundos.
Para garantizar una tecnología de detección de hidrógeno que sea más rápida y estable que los sensores de hidrógeno comercializados existentes, el equipo de KAIST comenzó a desarrollar un sensor de hidrógeno de próxima generación en 2021 junto con Hyundai Motor Company. Lo lograron después de dos años de desarrollo. La investigación se publica en ACS Nano .
Las investigaciones existentes sobre sensores de hidrógeno se han centrado principalmente en materiales de detección, como tratamientos catalíticos o la aleación de materiales de paladio (Pd), que se utilizan ampliamente en sensores de hidrógeno. Aunque estos estudios mostraron un desempeño excelente con ciertos indicadores de desempeño, no cumplieron con todos los indicadores de desempeño deseados y la comercialización fue limitada debido a la dificultad del procesamiento por lotes.
Para superar esto, el equipo de investigación desarrolló un sensor que satisfizo todos los indicadores de rendimiento combinando un diseño de micro/nanoestructura independiente y una tecnología de procesamiento basada en materiales de paladio puro.
Además, considerando la futura producción en masa, se utilizaron materiales metálicos puros con menos restricciones de materiales en lugar de materiales sintéticos, y se desarrolló un sensor de hidrógeno de próxima generación que podría producirse en masa basándose en un proceso por lotes de semiconductores.
El dispositivo desarrollado es un dispositivo coplanar diferencial en el que el calentador y los materiales sensores están integrados uno al lado del otro en el mismo plano para superar la distribución desigual de temperatura de los sensores de gas existentes, en el que el calentador, la capa aislante y los materiales sensores están apilados verticalmente.
El nanomaterial de paladio, que es un material sensor, tiene una estructura completamente flotante y está expuesto al aire desde abajo, maximizando el área de reacción con un gas para garantizar una velocidad de reacción rápida. Además, el material sensor de paladio opera a una temperatura uniforme en toda el área. El equipo de investigación pudo asegurar una velocidad de operación rápida, una amplia concentración de detección e insensibilidad a la temperatura/humedad al controlar con precisión el rendimiento de la detección sensible a la temperatura.
El equipo empaquetó el dispositivo fabricado con un módulo Bluetooth para crear un sistema integrado que detecta de forma inalámbrica fugas de hidrógeno en un segundo. A diferencia de los sensores ópticos de hidrógeno de alto rendimiento existentes, este es altamente portátil y puede usarse en una variedad de aplicaciones donde se utiliza energía de hidrógeno.
El Dr. Min-Seung Jo, quien dirigió la investigación, dijo:"Los resultados de esta investigación son de gran valor ya que no solo operan a altas velocidades al exceder los límites de rendimiento de los sensores de hidrógeno existentes, sino que también aseguran la confiabilidad y estabilidad necesarias. para uso real y se puede utilizar en varios lugares, como automóviles, estaciones de carga de hidrógeno y hogares."
También reveló sus planes futuros y dijo:"A través de la comercialización de esta tecnología de sensor de hidrógeno, me gustaría contribuir al avance del uso seguro y ecológico de la energía del hidrógeno".
El equipo de investigación está trabajando actualmente con Hyundai Motor Company para fabricar el dispositivo en una escala de oblea y luego montarlo en un módulo de vehículo para verificar aún más el rendimiento de detección y durabilidad.
Más información: Min-Seung Jo et al, Detección de hidrógeno ultrarrápida (~0,6 s), robusta y altamente lineal de hasta un 10 % utilizando nanocables de paladio puro completamente suspendido, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c06806
Proporcionado por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
