À mesure que la diffusion des voitures à hydrogène écologiques augmente, l’importance des capteurs à hydrogène augmente également. En particulier, mettre au point une technologie permettant de détecter les fuites d’hydrogène en une seconde reste une tâche difficile. En conséquence, le développement du premier capteur d'hydrogène au monde répondant aux normes de performance du ministère américain de l'Énergie est devenu un sujet brûlant.
Une équipe du KAIST dirigée par le Dr Min-Seung Jo de l'équipe du professeur Jun-Bo Yoon au Département de génie électrique et électronique a atteint avec succès tous ses indicateurs de performance souhaités, répondant aux normes mondialement reconnues grâce à la collaboration avec l'équipe de recherche sur les matériaux énergétiques électromagnétiques. au Centre de recherche sur les matériaux de base de Hyundai Motor Company et professeur Min-Ho Seo de l'Université nationale de Pusan.
Le 10 janvier, le groupe de recherche a annoncé que le premier capteur d'hydrogène au monde avec une vitesse inférieure à 0,6 seconde avait été développé.
Afin de garantir une technologie de détection d'hydrogène plus rapide et plus stable que les capteurs d'hydrogène commercialisés existants, l'équipe KAIST a commencé à développer un capteur d'hydrogène de nouvelle génération en 2021 en collaboration avec Hyundai Motor Company. Ils ont réussi après deux ans de développement. La recherche est publiée dans ACS Nano .
Les recherches existantes sur les capteurs d'hydrogène se sont principalement concentrées sur les matériaux de détection, tels que les traitements catalytiques ou l'alliage de matériaux palladium (Pd), qui sont largement utilisés dans les capteurs d'hydrogène. Bien que ces études aient montré d'excellentes performances avec certains indicateurs de performance, elles n'ont pas répondu à tous les indicateurs de performance souhaités et la commercialisation a été limitée en raison de la difficulté du traitement par lots.
Pour surmonter ce problème, l'équipe de recherche a développé un capteur qui satisfait à tous les indicateurs de performance en combinant une conception indépendante de micro/nanostructures et une technologie de traitement basée sur des matériaux en palladium pur.
De plus, compte tenu de la future production de masse, des matériaux métalliques purs avec moins de restrictions matérielles ont été utilisés à la place des matériaux synthétiques, et un capteur d'hydrogène de nouvelle génération a été développé qui pourrait être produit en série sur la base d'un processus par lots de semi-conducteurs.
Le dispositif développé est un dispositif coplanaire différentiel dans lequel les matériaux de chauffage et de détection sont intégrés côte à côte sur le même plan pour surmonter la répartition inégale de la température des capteurs de gaz existants, dans lequel le chauffage, la couche isolante et les matériaux de détection sont empilés verticalement.
Le nanomatériau de palladium, qui est un matériau de détection, a une structure complètement flottante et est exposé à l'air par le dessous, maximisant ainsi la zone de réaction avec un gaz pour garantir une vitesse de réaction rapide. De plus, le matériau de détection en palladium fonctionne à une température uniforme dans toute la zone. L'équipe de recherche a pu garantir une vitesse de fonctionnement rapide, une large concentration de détection et une insensibilité à la température et à l'humidité en contrôlant avec précision les performances de détection sensibles à la température.
L'équipe a emballé l'appareil fabriqué avec un module Bluetooth pour créer un système intégré qui détecte sans fil les fuites d'hydrogène en une seconde. Contrairement aux capteurs optiques d'hydrogène haute performance existants, celui-ci est hautement portable et peut être utilisé dans une variété d'applications où l'énergie hydrogène est utilisée.
Le Dr Min-Seung Jo, qui a dirigé la recherche, a déclaré :« Les résultats de cette recherche sont d'une valeur significative car non seulement ils fonctionnent à des vitesses élevées en dépassant les limites de performances des capteurs d'hydrogène existants, mais ils garantissent également la fiabilité et la stabilité nécessaires. pour une utilisation réelle et peut être utilisé dans divers endroits tels que les automobiles, les stations de recharge d'hydrogène et les maisons."
Il a également révélé ses projets futurs en déclarant :"Grâce à la commercialisation de cette technologie de capteur d'hydrogène, j'aimerais contribuer à faire progresser l'utilisation sûre et écologique de l'énergie hydrogène."
L'équipe de recherche travaille actuellement avec Hyundai Motor Company pour fabriquer le dispositif à l'échelle d'une tranche, puis le monter sur un module de véhicule pour vérifier davantage les performances de détection et de durabilité.
Plus d'informations : Min-Seung Jo et al, Détection d'hydrogène ultrarapide (∼0,6 s), robuste et hautement linéaire jusqu'à 10 % à l'aide de nanofils de Pd pur entièrement suspendus, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c06806
Fourni par l'Institut supérieur coréen des sciences et technologies (KAIST)
