Capteurs éliminant le risque d'étincelle, améliorant la sécurité des véhicules à hydrogène

Détection d'hydrogène sans étincelle par capteurs optiques

L'hydrogène comme alternative propre et renouvelable aux combustibles fossiles fait partie d'un avenir énergétique durable, et est déjà bien présent. Cependant, les inquiétudes persistantes sur l'inflammabilité ont limité l'usage généralisé de l'hydrogène comme source d'énergie pour véhicules électriques. Les avancées précédentes ont minimisé le risque, mais de nouvelles recherches de l'Université de Géorgie le relèguent désormais au passé.

Les véhicules à hydrogène se rechargent bien plus vite et vont plus loin sans recharge que les véhicules électriques actuels à batteries. Mais l'un des derniers obstacles à l'hydrogène est de sécuriser une méthode sûre pour détecter les fuites.

Une nouvelle étude documente un capteur d'hydrogène optique, sans étincelle, peu coûteux, plus sensible et plus rapide que les modèles précédents.

« Actuellement, la plupart des capteurs d'hydrogène commerciaux détectent le changement de signal électronique dans des matériaux actifs au contact du gaz hydrogène, ce qui peut potentiellement induire l'inflammation du gaz par étincelage électrique », explique Tho Nguyen, professeur associé. « Nos capteurs d'hydrogène optiques sans étincelle détectent la présence d'hydrogène sans électronique, rendant le processus bien plus sûr. »

L'hydrogène a bien plus d'applications que les véhicules électriques, donc les technologies atténuant l'inflammabilité sont critiques. Des capteurs robustes pour détection de fuites et contrôle de concentration sont importants à tous les stades de l'économie hydrogène : production, distribution, stockage, utilisation dans le traitement pétrolier, engrais, métallurgie, électronique, sciences environnementales, santé et sécurité.

Problèmes clés et solution

Les trois problèmes clés des capteurs d'hydrogène sont temps de réponse, sensibilité et coût. La technologie actuelle pour capteurs optiques H2 nécessite un monochromateur cher pour enregistrer un spectre, suivi d'analyse de décalage spectral.

« Avec nos nano-capteurs optiques basés sur l'intensité, nous passons de détection ~100 ppm à 2 ppm, pour un coût de quelques dollars la puce de détection », dit Tho. « Notre temps de réponse de 0,8 seconde est 20 % plus rapide que le meilleur dispositif optique rapporté dans la littérature. »

Le nouveau dispositif optique repose sur la nanofabrication d'un modèle de nanosphères recouvert d'une couche d'alliage Palladium-Cobalt. Tout hydrogène présent est rapidement absorbé, puis détecté par une LED. Un détecteur au silicium enregistre l'intensité de la lumière transmise.

Tous les métaux absorbent l'hydrogène mais trouver les éléments adaptés avec le bon équilibre dans l'alliage et concevoir la nanostructure pour amplifier les changements subtils de transmission lumineuse après absorption d'hydrogène a permis d'établir un nouveau standard de rapidité et sensibilité.