我國高度重視氫燃料電池汽車產業發展,近年來國家層面和各地方層面密集出臺一系列支持政策,有效推動我國氫燃料電池汽車產業開始從基礎研究階段向產業化過渡。
氫能的蓬勃發展態勢也引發了公眾對于氫安全方面的擔憂。具體來看,氫氣的有以下幾大危險性:
其一,氫氣爆炸比例寬。在空氣中氫含量在4%-75%,氧氣中氫含量在4%-94%時,有明火、高溫、催化劑作用下,氫氣可以發生燃燒和爆炸;
其二,燃燒速度快。氫氣在空氣中燃燒速度可達3m/s - 2050m/s,在氧氣中燃燒速度可達3600m/s。
其三,燃燒溫度高。氫氣在氧氣充足條件下完全燃燒時,溫度可以超過2500℃。同時,火焰顏色為白色,在白天或光線強等情況下,不容易察覺。
其四,點火能量小。氫氣點火能量僅需0.019mJ,氫氣和空氣形成的可燃混合氣遇靜電火花、電氣火花或500℃以上的熱物體等點火源,就會發生燃燒爆炸。
過去氫氣在電力行業,特別是大型火電機、核電上被廣泛應用,作為冷卻的氣體,氫氣在電廠的管控措施非常高,但事故還是時有發生,不能夠完全杜絕,可見對于氫氣的監控和管理是十分重要。
用好氫氣的關鍵在于利用有效的手段對其進行預防和監控,氫氣傳感器的作用不可或缺。
在氫氣傳感器的幾種實現技術路徑中,電化學原理、催化燃燒和半導體都存在一定程度的局限性,基于MEMS 技術的鈀合金薄膜氫氣傳感器則憑借其體積小、質量輕、易于批量生產等優點成為車用氫氣傳感器應用研究熱點。
鈀合金薄膜氫氣傳感器技術主要利用金屬薄膜對氣體的催化分解作用。氫氣分子吸附至合金薄膜表面,在鈀合金薄膜的催化作用下,氫氣分子分解成兩個氫原子,氫原子擴散至鈀合金晶格內部,引起晶格膨脹與相變,造成合金薄膜電導率產生變化,根據這一特性原理,可實現氫氣濃度的測量。
鈀合金薄膜技術最早是美國NASA用在航天上,在日本福島核電站出現泄露之后,也采用鈀合金薄膜技術來測量氫氣濃度。鈀合金薄膜技術的優勢在其抗干擾能力強,不怕水,抗結露,在液體中能測量;且耐高溫,壽命很長,可以在高溫條件下應用。
對于應用于氫能領域的鈀合金薄膜傳感器來說,首先,它可以適應高溫高濕的環境的檢測場景,檢測可靠性良好,使用壽命可達10年;其次,由于其抗干擾性強,可用于復雜背景氣體檢測場景,適用范圍廣泛;其三,它無需氧氣參與反應,可用于氫氣含量較低甚至無氧等檢測場景。
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