EO

Delftse onderzoekers ontwikkelen veelzijdige waterstofsensor

10 maart 2021 om 07:31 uur

Schematische weergave van de werking van de optische waterstofsensor. In de nabijheid van waterstof in de omgeving neemt het materiaal op basis van tantaal (Ta) en palladium (Pd) waterstof (H) op. Hoe meer waterstof in de omgeving, hoe meer waterstof het materiaal opneemt. Doordat het materiaal waterstof opneemt, veranderen de optische eigenschappen van het materiaal. Door dan bijv. de hoeveelheid licht te meten dat het materiaal reflecteert kan je dus de waterstofdruk of concentratie bepalen.

Waterstof is onder sommige condities een brandbaar en soms zelfs explosief gas. Als we het gas breder willen gaan inzetten, moeten de kleinste waterstoflekken dus zo snel mogelijk worden opgespoord. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een materiaal ontwikkeld dat geschikt is om goedkope, betrouwbare, kleine sensoren van te maken die snel kleine hoeveelheden waterstof kunnen detecteren.


De vinding is gepubliceerd in Advanced Functional Materials.

 

Momenteel wordt waterstof meestal gedetecteerd met relatief grote en dure apparaten, die zowel zuurstof als elektriciteit nodig hebben. De combinatie van zuurstof, waterstof en elektriciteit kan gevaarlijk zijn, wat de sensoren eigenlijk voor veel toepassingen ongeschikt maakt.

 

Optische waterstofsensoren hebben deze nadelen niet. Dit soort sensoren zijn gebaseerd op het feit dat de optische eigenschappen van sommige materialen veranderen wanneer ze waterstof absorberen op het moment dat er waterstof aanwezig is in de nabijheid van de sensor. Die verandering in optische eigenschappen kun je bijvoorbeeld meten door te kijken naar de hoeveelheid licht die het materiaal reflecteert. De kunst is daarbij om een sensormateriaal te vinden dat geleidelijk meer waterstof opneemt naarmate de hoeveelheid waterstof in de omgeving toeneemt.

 

De sensormaterialen die tot nu toe bekend zijn, hebben allemaal zo hun beperkingen. Ze kunnen bijvoorbeeld alleen relatief grote hoeveelheden waterstof meten, reageren traag, functioneren alleen bij hoge temperaturen (>90 °C) of zijn moeilijk te maken. De Delftse sensor, op basis van tantaal en palladium, heeft deze nadelen niet: hij kan waterstof nauwkeurig detecteren bij zowel kamertemperatuur als hogere temperaturen en in hele kleine en grote hoeveelheden.

 

In hun zoektocht naar het beste sensormateriaal voor een optische waterstofsensor hebben de onderzoekers een breed scala aan onderzoekstechnieken gebruikt. "Naast optische metingen gebruiken we röntgen- en neutronenstraling geproduceerd bij onze eigen onderzoeksreactor in Delft om de materialen beter te begrijpen", aldus Lars Bannenberg. "Door de metingen leren we de materialen te begrijpen, waardoor we de eigenschappen van de materialen kunnen verbeteren. We maken hierbij bijvoorbeeld gebruik van het feit dat materialen zich net wat anders gedragen dan we gewend zijn als ze heel dun worden gemaakt. In de sensor zit dus uiteindelijk maar een laagje materiaal dat dunner is dan een duizendste van een haar."

 

Zeven ordes van grootte

Bijzonder aan het materiaal is dat het waterstof kan meten over tenminste zeven ordes van grootte in druk. Dat is zoiets als een weegschaal die zowel een gram bloem kan meten, als het gewicht van een olifant, en dat alles met dezelfde relatieve nauwkeurigheid. De sensor is daardoor breed toepasbaar. Hij is geschikt om de kleinste lekkages van waterstof te meten bij bijvoorbeeld een waterstoftankstation, maar ook om de hoeveelheid waterstof in een waterstoftank te bepalen.

 

Bijzonder is ook de snelheid. Het sensormateriaalreageert in een fractie van een seconde op een verandering in de hoeveelheid aanwezige waterstof, veel sneller dan de meeste materialen met responstijden van soms wel tientallen seconden of zelfs minuten. Dat dit allemaal kan met één materiaal was voor het team zelf ook een grote verassing: "We dachten wel dat we de huidige materialen enigszins konden verbeteren, maar dat ons materiaal over al deze nuttige eigenschappen zou beschikken hadden we niet durven dromen."

 

Patent en plannen

Er is patent aangevraagd. In de nabije toekomst wil het team uitzoeken of het materiaal ook gebruikt kan worden in sensoren die geschikt zijn voor hele lage temperaturen (-50 °C), zodat ze ook in vliegtuigen kunnen worden gebruikt. "Daarnaast kijken we naar de mogelijkheid om een prototype te bouwen dat ook buiten het lab werkt. En we willen kijken of de sensoren gebruikt kunnen worden in waterstofbrandstofcellen."

 

Gerelateerd nieuws

Kooyprijs voor snelheidsbepaling van drones met radar

Kooyprijs voor snelheidsbepaling van drones met radar

Keith Klein heeft de Kooy Prijs gewonnen met zijn afstudeerscriptie over 3D-snelheidsbepaling van onbemande vliegtuigen met behulp van radargegevens: ‘Estimating 3D motion from radar data: Exploiting an…

Europa gaat naar Venus - en Nederland gaat mee

Europa gaat naar Venus - en Nederland gaat mee

De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft de Venus-satelliet EnVision geselecteerd als vijfde medium-class missie binnen haar Cosmic Vision programma. Daarmee begint een nieuw tijdperk van onderzoek naar Venus—Nasa…

Van inbraakalarm tot zwarte gaten detector

Van inbraakalarm tot zwarte gaten detector

Is zwaartekracht een kwantumfenomeen? Dat is een van de grote open vragen in de natuurkunde. Vorig jaar is aan de RUG een experiment bedacht dat deze vraag kan beantwoorden. Dit jaar laten de onderzoekers zien dat…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

15 juni 2021

Webinar: Hoe data inzichtelijk te maken en te gebruiken via Cloud-toepassingen

Gericht op het inzichtelijk en bruikbaar maken van machine- en procedata

17 juni 2021

Schneider Electric Webinar: Cloud-oplossingen voor industriële processen

Gericht op op het hoe en waarom van Cloud-oplossingen

Meer agendapunten »