Annons

SENASTE NYTT

- Nyheter inom industrivärlden

Världens snabbaste vätgassensor bäddar för ren energi

Vätgas är en ren och förnybar energibärare som kan driva bilar som bara släpper ut vatten.
Problemet är att vätgasen är mycket brandfarlig när den blandas med luft. Därför krävs supereffektiva detektorer. Nu presenterar Chalmersforskare den första vätgassensorn i världen som uppnår de högt ställda framtida kraven för att få användas i vätgasbilar.

De banbrytande resultaten publicerades nyligen i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature Materials. Den efterlängtade upptäckten är en optisk nanosensor som är inkapslad i ett plastmaterial. Sensorn bygger på ett optiskt fenomen – plasmoner - som uppstår när nanopartiklar av metall blir belysta och fångar upp ljus av en viss våglängd. Sensorn ändrar helt enkelt färg när mängden vätgas i omgivningen förändras.

Plasten runt den lilla sensorn är inte bara ett skydd, utan en nyckelkomponent. Den ökar sensorns hastighet och underlättar för vätgasmolekyler att passera in i metallpartiklarna där den detekteras. Samtidigt fungerar plasten som en effektiv barriär mot omgivningen eftersom inga andra molekyler släpps igenom. Sensorn kan därför arbeta både supereffektivt och ostört. Den gör att den klarar fordonsindustrins högt ställda framtida krav för tillämpning i vätgasbilar: att kunna detektera 0,1 procent väte i luft på mindre än en sekund.

– Vi har inte bara tagit fram världens snabbaste vätgassensor, utan också en sensor som är stabil över tid och inte avaktiveras. Till skillnad från dagens vätgassensorer behöver den här inte kalibreras om lika ofta, eftersom den skyddas av plasten, säger Ferry Nugroho, forskare på institutionen på fysik på Chalmers.

Det var under sin tid som doktorand som Ferry Nugroho och hans handledare Christoph Langhammer insåg att de var något stort på spåren. De läste en vetenskaplig artikel om att ingen hade lyckats nå de framtida hastighetskrav som ställs på vätgassensorer för bilar. När de testade sin egen sensor insåg de att de bara var en sekund från målet - utan att ens ha försökt optimera den. Plasten gjorde jobbet bättre än de kunde ana. Ursprungligen var den främst tänkt som en barriär, men det visade sig att den även gör sensorn snabbare. Upptäckten ledde till en febril tid av både experimentellt och teoretiskt arbete på institutionen.

– I det läget fanns det inget stopp. Vi ville hitta den ultimata kombinationen av nanopartiklar och plast, förstå hur den fungerar och vad som gör den så snabb. Det hårda arbetet gav resultat. På bara några månader nådde vi rekordtiden samt den grundläggande teoretiska förståelsen för vad som orsakar den, säger Ferry Nugroho.

Att detektera vätgas är utmanande på många sätt. Gasen är osynlig, luktfri, flyktig och extremt brandfarlig. Det krävs bara fyra procent väte i luften för det ska bildas knallgas som kan antändas vid minsta gnista. För att framtidens vätgasbilar och infrastrukturen kring dessa ska bli tillräckligt säker, måste man kunna detektera ytterst små mängder vätgas i luften. Sensorerna måste därför vara snabba så att läckor ska kunna åtgärdas innan det uppstår en brand.

– Det känns fantastiskt att kunna presentera en sensor som förhoppningsvis ska vara en del i vätgasbilens stora genombrott. Intresset som vi ser i bränslecellsbranschen är motiverande, säger Christoph Langhammer, biträdande professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Även om siktet främst är inställt på att använda vätgas som energibärare, finns det också andra möjligheter som öppnas. Högeffektiva vätgassensorer efterfrågas inom elnätsbranschen och kemi- och kärnkraftsindustrin, men kan också bidra till att förbättra medicinsk diagnostik.

– Mängden vätgas i vår utandningsluft kan ge svar om till exempel inflammationer och födoämnesintoleranser. Vi hoppas att våra resultat ska kunna användas på bred front. Det här är så mycket mer än en vetenskaplig publikation, säger Christoph Langhammer.

På sikt är förhoppningen att sensorn ska kunna serietillverkas på ett effektivt sätt, till exempel med hjälp av 3D-printerteknik.

Fakta: Världens snabbaste vätgassensor

• Den chalmersutvecklade sensorn bygger på ett optiskt fenomen – plasmoner – som uppstår när nanopartiklar av metall blir belysta och fångar upp ljus av en viss våglängd.

• Den optiska nanosensorn innehåller miljontals metallnanopartiklar av en palladium-guldlegering som ser till att vätgasen effektivt sugs upp som i en disktrasa. Denna effekt gör att sensorn ändrar färg när mängden vätgas i omgivningen förändras.

• Plasten runt sensorn är inte bara ett skydd, utan ökar också sensorns hastighet genom att underlätta för vätgasmolekyler att tränga in i metallpartiklarna där de detekteras. Samtidigt fungerar plasten som en effektiv barriär mot omgivningen eftersom inga andra molekyler, som annars skulle avaktivera sensorn, släpps igenom

• Sensorns effektivitet gör att den klarar fordonsindustrins högt ställda framtida krav för tillämpning i vätgasbilar: att kunna detektera 0,1 procent väte på mindre än en sekund.

• Forskningen har finansierats av Stiftelsen för Strategisk Forskning inom ramen för projektet Plastic Plasmonics.

Om den vetenskapliga artikeln:

Artikeln ”Metal – Polymer Hybrid Nanomaterials for Plasmonic Ultrafast Detection” har publicerats i Nature Materials och är skriven av chalmersforskarna Ferry Nugroho, Iwan Darmadi, Lucy Cusinato, Anders Hellman, Vladimir P. Zhdanov och Christoph Langhammer. Resultaten har tagits fram i samarbete med Delfts tekniska universitet i Nederländerna, Danmarks tekniska universitet och Universitetet i Warszawa, Polen.

För mer information:

Christoph Langhammer, biträdande professor, institutionen för fysik, Chalmers, 031 772 33 31, clangham@chalmers.se

Ferry Nugroho, forskare, institutionen för fysik, Chalmers, 031 772 54 21, ferryn@chalmers.se

SENASTE NYTT

- Nyheter inom industrivärlden
2021-09-16
Att skapa en trygg och jämlik värld för alla med hjälp av AIHögre kvalitet, snabbare processer och en enklare vardag för JSB Construction ABTrine accelererar med ny satsning på grön logistikEffektiv arbetsplats­utformning med nytt digitalt verktygTeknik för framtidens elbilsbatterierCranab utvecklar kran till Vimeks Next GenerationHellberg Safety introducerar nytt headset för tvåvägskommunikationEngcon och Takeuchi i utökat samarbeteNya materialhanteraren Cat® MH3026 erbjuder hög prestanda till lägre kostnaderNya Svea WXS 2,85 TrafikbarriärVärldens största producent av foder och räkor effektiviserar med InterrollLuna Tools fortsätter att investera i kompetens inom Verktygssäkring
2021-09-15
CEJN introducerar slangupprullare för högtryck med svivel i rostfritt stålÖkad maskinsäkerhet utan att kompromissa med prestandanFullt fokus på varje detalj Kopplingsklämmor för elektrisk installationDBT kan nu stötta ännu fler av Sveriges SMEs efter att EIF höjer garantiramen till 2 miljarder kronorVindkraftverk är inte räddningenStructor förstärker inom VACASE nya hjullastarserie, G2 Evolution, är här!SIZES förstärker teamet för effektivare processerSödra expanderar inom KL-trä – etablerar sig i DanmarkInnovation och effektivitet i fokus när Geberit lanserar LjudkalkylatorBlue Prism utsedd till ledare i Gartner Magic Quadrant 2021Så här sparar du 71 % i vattenkostnader med ThinkTop V70-uppgraderingenInuit tillsammans med Cryptshare och Signicat banar väg för säker e-post och filöverföring med hjälp av BankIDDubblar personalstyrkan och tar in miljoner
2021-09-14
Uppgradera din PRO-våg nu!Från powersport stjärna till internationell industrientreprenörMovs lanserar 2 modeller av kompakta Fiberlaser maskiner1000 dörrar hos bostadsbolagen i Göteborg går över till mobilnycklar med SafeTeam och ParakeyStora värden med nationella yrkesprofiler och validering på VakineComExpo – ny mässa för framtidens elektrifierade nyttofordonWebinarium ska sätta jämställdhet på byggbranschens agendaHultafors lanserar Digitalt minivattenpass med BluetoothAlfa Laval och Wayout utvecklar mikrofabriker för hållbar vatten- och dryckesförsörjningNy räckviddsprestation för E-WAY: 543 km på en fulladdningHögre kapacitet och precision med enkelaxelNy allt-i-ett-lösning för maximal säkerhetSolceller startklara på Campus Solna
2021-09-13
Hexagon lanserar plattform som ökar den autonoma kvalitetsgarantin för Industry 4.0.Effektiv drivtransmission med norelems kilremssystemOKQ8 först i Sverige med att sälja förnybar bensinRobotar viktig del av lösningen vid framtida pandemierHydroscand lanserar två nya spiralslangar för fordonNy metod möjliggör detaljstudier av mänskliga organ i 3DD-Link presenterar trådlösa accesspunkter för avstånd upp till 20 kmBred samverkan krävs för en trygg cementförsörjningSmåblock och digitalisering resulterar i billigare husPeab bygger produktions­anläggning i SeinäjokiVi har öppnat i trollhättan!Eitech ansvarar för elteknik i utbyggnad av laboratorier på sjukhuset i LundHCL Technologies presenterar tillgängligheten av en GLAM-lösning på Microsoft Azure Marketplace
2021-09-10
Solid leverantör till en expansiv byggindustriMultiline – Effektiv och flexibel materialhanteringLecsa Mekan – växer på flera hållÅrets plåtslagare gillar tekniskt avancerade uppdragUtech blev valet när Rototilt etablerar sig i PolenSSG lanserar SSG Safety Culture – En kurs om hållbar säkerhetskulturParkers nya slang för ultrahögt tryck förlänger livscykeln vid användning av vattenstrålarReturbagen bidrar till ökad återvinning av byggavfallNy branschstandard för elbilar