Sensor de hidrógeno

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Greg Glatzmaier, en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, determina la estabilidad térmica y mecánica de alta temperatura de los selladores utilizados en un prototipo de laboratorio del módulo separador de sensores 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.

Cuestiones clave

Hay cinco cuestiones clave con los detectores de hidrógeno:

  • Confiabilidad: La funcionalidad debe ser fácilmente verificable.
  • Rendimiento: Detección 0,5% de hidrógeno en el aire o mejor
  • Tiempo de respuesta: 1 segundo.
  • Lifetime: Al menos el tiempo entre mantenimiento programado.
  • Costo: El objetivo es de $5 por sensor y $30 por controlador.

Necesidades adicionales

  • Cobertura del rango de medición de 0.1-10.0% de concentración
  • Operación en temperaturas de −30 °C a 80 °C
  • Precisión dentro del 5% de la escala completa
  • Función en un entorno de gas aire ambiente dentro de un rango de humedad relativo de 10 a 98%
  • Resistencia al hidrocarburo y otras interferencias.
  • Tiempo de vida superior a 10 años

Tipos de microsensores

Existen varios tipos de microsensores de hidrógeno que utilizan diferentes mecanismos para detectar el gas. En muchos de ellos se utiliza paladio, ya que absorbe selectivamente el gas hidrógeno y forma el compuesto hidruro de paladio. 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. Los sensores de paladio deben protegerse contra el monóxido de carbono, el dióxido de azufre y el sulfuro de hidrógeno.

Sensores de hidrógeno de fibra óptica

Para la detección de hidrógeno por contacto puntual se utilizan varios tipos de sensores de resonancia plasmónica de superficie (SPR) de fibra óptica:

  • Fiber Bragg recubierto con una capa de palladio – Detecta el hidrógeno por hindrancia metálica.
  • Micromirror – Con una capa fina de palladio en el extremo cleavedoso, detectando cambios en la luz retroalimentada.
  • La fibra tostada recubierta con palladio – El hidrógeno cambia el índice refractivo del palladio y, por consiguiente, la cantidad de pérdidas en la onda evanescente.

Otros tipos

  • Sensor electroquímico de hidrógeno – niveles bajos (ppm) de gas de hidrógeno se pueden sentir usando sensores electroquímicos que componen una serie de electrodos envasados para estar rodeados por un electrolito conductivo y una ingresividad de gas controlada con un capilar limitado de difusión.
  • Sensor de hidrógeno MEMS – La combinación de nanotecnología y 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 se recubre con una película que consiste en óxido de indio nanoestructurado (oxido de indio)In2O3) y óxido de estaño (SnO2). Una configuración típica para los sensores mecánicos de hidrógeno basados en Pd es el uso de un cantilver de base libre que se recubre con Pd. En presencia de H2, la capa Pd se expande y por lo tanto induce un estrés que hace que el cantilver se doble. También se han reportado resonancias nanomecánicas en la literatura, basándose en el cambio de frecuencia de resonancia mecánica inducida por el estrés causado por la presencia de H2 gas. En este caso, la velocidad de respuesta se realzó mediante el uso de una capa muy fina de Pd (20 nm). La calefacción moderada se presentó como una solución al deterioro de la respuesta observado en condiciones húmedas.
  • Sensor de película fino – Un sensor de película delgada de palladio se basa en una propiedad opuesta que depende de las estructuras de nanoescala dentro de la película delgada. En la película delgada, las partículas de paleladio nanosizada se hinchan cuando se forma el hidrato, y en el proceso de expansión, algunas de ellas forman nuevas conexiones eléctricas con sus vecinos. La resistencia disminuye debido al aumento del número de vías de conducción.
  • Sensores de película gruesos – dispositivos que suelen tener dos componentes principales:1) una capa gruesa (cientos de micrones) de algún material semiconductor (SnO2, In2O3), llamado "matrix" y una capa superior de aditivos catalíticamente activos como metales nobles (Pd, Pt) y óxidos metálicos (Co
    x    O
    Sí.    ) acelerando la reacción de oxidación de hidrógeno en la superficie, lo que hace la respuesta del sensor mucho más rápido. El papel de "matrix" es transducir la señal al sistema de medición. Los sensores de película grueso son más estables que los sensores de película delgados en términos de deriva de señal, pero generalmente presentan una respuesta más lenta debido a las limitaciones de difusión en una capa gruesa. La tecnología del sensor de película es sustituida por enfoques de película delgada debido a la creciente necesidad de integración de sensores en sistemas electrónicos modernos. Los sensores de película grueso requieren mayores temperaturas para su funcionamiento y por lo tanto parecen ser mal compatibles con los sistemas electrónicos digitales.
  • Sensores de hidrógeno Chemochromic – Los sensores de hidrógeno química reversibles e irreversibles incluyen una pintura pigmentaria inteligente que identifica visualmente las fugas de hidrógeno por un cambio de color. El sensor también está disponible como cinta. Se han desarrollado otros métodos para ensayar la producción biológica de hidrógeno.
  • Sensor Schottky basado en Diode – Un sensor de gas de hidrógeno basado en diodos Schotky emplea una puerta de aleación de palladio. El hidrógeno puede ser absorbido selectivamente en la puerta, bajando la barrera energética Schottky. Un diodo de metal-semiconductor Pd/InGaP (MS) Schottky puede detectar una concentración de 15 partes por millón (ppm) H2 en el aire. Se utilizan semiconductores de carburo de silicona o sustratos de silicio.
  • Metallic La-Mg2-Ni que es conductivo eléctrico, absorbe hidrógeno cerca de las condiciones ambientales, formando el hidratido no metálico LaMg2NiH7 un aislante.

Los sensores normalmente se calibran en la fábrica 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. 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.

Véase también

  • Analizador de hidrógeno
  • Pruebas de fuga de hidrógeno
  • Seguridad de hidrógeno
  • Katharometer
  • Lista de sensores
  • Fibra óptica
  • Sensor de óxido de zinc

Referencias

  1. ^ Qu, Xi Dong (2005). "MOS Capacitor Sensor Array for Hydrogen Gas Measurement" (PDF). Universidad Simon Fraser. Archivado desde el original (PDF) el 2011-07-06. Retrieved 2008-10-21.
  2. ^ a b Pitts, Ronald; Ping Liu; Se-Hee Lee; Ed Tracy. "Estabilidad Interfacial de los sensores de hidrógeno de la película" (PDF). National Renewable Energy Laboratory. Retrieved 2008-10-21.
  3. ^ NREL-Hydrogen Sensor Testing oct 2008 Archivado 2009-05-06 en la máquina Wayback
  4. ^ Swager, Timothy M.; Pioch, Thomas N.; Feng, Haosheng; Bergman, Harrison M.; Luo, Shao-Xiong Lennon; Valenza, John J. (2024-05-24). "Critical Sensing Modalities for Hydrogen: Technical Needs and Status of the Field to Support a Changing Energy Landscape". Sensores ACS. 9 (5): 2205–2227. doi:10.1021/acssensors.4c00251. ISSN 2379-3694.
  5. ^ a b "Los sensores de hidrógeno son más rápidos, más sensibles". Innovations Report. 2005-05-31. Retrieved 2008-10-21.
  6. ^ Guemes, J. Alfredo; Pintado, J. M.; Frovel, M.; Olmo, E.; Obst, A. (Mayo 2005). Comparación de tres tipos de sensores de hidrógeno de fibra óptica dentro del marco del proyecto CryoFOS17a Conferencia Internacional sobre sensores ópticos de fibra. Vol. 5855. p. 1000. código:2005SPIE.5855.1000G. doi:10.1117/12.623731. S2CID 108642357.
  7. ^ Alverio, Gustavo. "Un microsensor de hidrógeno basado en nanopartículas". Universidad de Florida Central. Archivado desde el original el 04/10/2008. Retrieved 2008-10-21.
  8. ^ Baselt, D.R. (2003). "Diseño y rendimiento de un sensor de hidrógeno basado en microcantilver". Sensores y actuadores B: Química. 88 (2): 120–131. doi:10.1016/S0925-4005(02)00315-5.
  9. ^ Okuyama, S.O.S.; Mitobe, Y.M.Y.; Okuyama, K.O.K.; Matsushita, K.M.K. (2000). "Sensing de gas hidrógeno usando un cántilver recubierto de Pd". Japanese Journal of Applied Physics. 39 (6R): 3584.}
  10. ^ Henriksson, Jonas (2012). "Ultra-low power hydro sensing based on a palladium-coated nanomechanical rayo resonator". Nanoscale. 4 (16). Nanoscale Journal: 5059–64. código:2012Nanos...4.5059H. doi:10.1039/c2nr30639e. PMID 22767251. Retrieved 2013-02-26.
  11. ^ "Hydrogen Detection Systems". Ingeniería Makel. Retrieved 2008-10-21.
  12. ^ Oleksenko, Ludmila P.; Maksymovych, Nelly P.; Sokovykh, Evgeniy V.; Matushko, Igor P.; Buvailo, Andrii I.; Dollahon, Norman (2014-06-01). "Estudio de influencia de aditivos palladium en dióxido de estaño nanosizado sobre sensibilidad de sensores semiconductores de adsorción a hidrógeno". Sensores y actuadores B: Química. 196: 298–305. doi:10.1016/j.snb.2014.02.019.
  13. ^ Hong, Hyung-Ki; Kwon, Chul Han; Kim, Seung-Ryeol; Yun, Dong Hyun; Lee, Kyuchung; Sung, Yung Kwon (2000-07-25). "Sistema portátil de nariz electrónica con matriz de sensores de gas y red neuronal artificial". Sensores y actuadores B: Química. 66 (1–3): 49–52. doi:10.1016/S0925-4005(99)00460-8.
  14. ^ Oleksenko, Ludmila P.; Maksymovych, Nelly P.; Buvailo, Andrii I.; Matushko, Igor P.; Dollahon, Norman (2012-11-01). "Adsorption-semiconductor sensores de hidrógeno basados en dióxido de estaño nanosizado con aditivos de óxido de cobalto". Sensores y actuadores B: Química. 174: 39–44. doi:10.1016/j.snb.2012.079.
  15. ^ "DetecTape H2 — Detector de Leak de Hidrógeno Visual de bajo coste". www.detectape.com. Retrieved 18 de abril 2018.
  16. ^ Ghirardi, Maria L. (1 de septiembre de 2015). "Aplicación de la producción fotobiológica H2: la sensibilidad O2 de las hidrogenas". Photosynthesis Research. 125 (3): 383–393. doi:10.1007/s11120-015-0158-1. PMID 26022106. S2CID 14725142.
  17. ^ "Barrera de energía picante" (PDF). electrochem.org. Retrieved 18 de abril 2018.
  18. ^ "Un diodo de Schottky con sensor de hidrógeno Pd/InGaP metal-semiconductor (MS) h...". iop.org4 de agosto de 2012. Archivado desde el original el 4 de agosto de 2012. Retrieved 18 de abril 2018.
  19. ^ "Estado aislante inducido por hidrogenación en el compuesto intermetálico LaMg2Ni". biomedexperts.com. Archivado desde el original el 2012-02-13. Retrieved 18 de abril 2018.

Más lectura

  • Soundarrajan, Prabhu; Schweighardt, Frank (2009). "15. detección y detección de hidrógeno" (PDF). En Gupta, R.B. (ed.). Combustible de hidrógeno: producción, transporte y almacenamiento. CRC Press. pp. 495-534. doi:10.1201/9781420045772. ISBN 978-1-4200-4577-2. OCLC 246585264. Archivado desde el original en 2015-11-03. Retrieved 2018-09-17.{{cite book}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  • "ISO 26142:2010 Equipo de detección de hidrógeno: aplicaciones estacionarias". International Organization for Standardization.
  • Trouillet, A.; Marin, E.; Veillas, C. (2006). "Fibres para la 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.; Seal, S.; Cho, H.J.; Medelius, P.J. (2006). "Detección rápida del hidrógeno a temperatura ambiente utilizando un microsensor integrado por nanopartículas". SENSORS, 2006. IEEE. pp. 712-5. doi:10.1109/ICSENS.2007.355560. ISBN 1-4244-0375-8.
  • Brett, L. (octubre de 2003). "Los sensores de seguridad de hidrógeno y sus aplicaciones en almacenamiento, distribución y uso de hidrógeno" (PDF). Joint Research Centre, European Commission.
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