[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Delftse onderzoekers ontwikkelen veelzijdige waterstofsensor

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Tue, 2 Mar 2021 12:14:00 +0000

Delftse onderzoekers ontwikkelen veelzijdige waterstofsensor

Waterstof speelt een steeds belangrijkere rol in de transitie naar een compleet
duurzame economie. Op dit moment wordt het al op grote schaal gebruikt in de
industrie, en ook steeds vaker voor het opslaan van duurzame energie en het
aandrijven van met name grote en zware voertuigen. Daarnaast zijn er plannen om
het bestaande aardgasnet om te bouwen naar een waterstofnet. Maar waterstof is
onder sommige condities een brandbaar en soms zelfs explosief gas. Daarom
moeten de kleinste waterstoflekken zo snel mogelijk worden opgespoord.
Goedkope, betrouwbare, en kleine sensoren die snel kleine hoeveelheden
waterstof kunnen detecteren, zijn dus van vitaal belang. Onderzoekers van de TU
Delft hebben nu een materiaal ontwikkeld dat hiervoor uitermate geschikt is.
Momenteel wordt waterstof meestal gedetecteerd met relatief grote en dure
apparaten, die vaak zowel zuurstof als elektriciteit nodig hebben om goed te
kunnen werken. Deze combinatie van zuurstof en elektriciteit kan in de
nabijheid van waterstof gevaarlijk zijn, wat de sensoren ongeschikt maakt voor
veel toepassingen.
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.
[cid:image002.png@01D70F65.E2E60D40]Zoektocht
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) óf zijn heel ingewikkeld om 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 én in hele kleine
en grote hoeveelheden.
In hun zoektocht naar het beste sensormateriaal voor een optische
waterstofsensor hebben de Delftse onderzoekers een breed scala aan geavanceerde
onderzoekstechnieken gebruikt. “Naast optische metingen gebruiken we röntgen-
en neutronenstraling geproduceerd bij onze eigen onderzoeksreactor in Delft om
de materialen beter te begrijpen”, legt Lars Bannenberg uit. “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.”

Keukenweegschaal
Bijzonder aan het materiaal is dat het waterstof kan meten over tenminste zeven
ordes van grootte in druk. Dat is vergelijkbaar met een keukenweegschaal die
zowel het een aantal grammen bloem als het gewicht van een olifant kan meten,
en dat alles met dezelfde relatieve nauwkeurigheid. De sensor is daardoor breed
toepasbaar. Hij kan gebruikt worden om de kleinste lekkages van waterstof te
meten bij bijvoorbeeld een waterstoftankstation, maar de sensor is ook geschikt
om de hoeveelheid waterstof in een waterstoftank te bepalen.
Bijzonder is ook de ongekende snelheid van het sensormateriaal: het reageert
binnen 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 een
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”, vertelt Bernard Dam.
Grootse plannen
Inmiddels is er patent aangevraagd voor het nieuwe sensormateriaal en heeft het
internationale gerenommeerde vakblad Advanced Functional Materials een artikel
over de vinding gepubliceerd. Voor de nabije toekomst zijn er grootse plannen.
Zo willen de onderzoekers 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” vertelt
Herman Schreuders. “En we willen kijken of de sensoren gebruikt kunnen worden
in waterstofbrandstofcellen.”

***

Paper

‘Tantalum‐Palladium: Hysteresis‐Free Optical Hydrogen Sensor Over 7 Orders of
Magnitude in Pressure with Sub‐Second Response’, Lars Bannenberg, Herman
Schreuders, Bernard Dam, Advanced Functional Materials

https://doi.org/10.1002/adfm.202010483

Contact

Lars Bannenberg
L.J.Bannenberg@xxxxxxxxxx<mailto:L.J.Bannenberg@xxxxxxxxxx>
015 27 89753

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 42 71 72 27

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Delftse onderzoekers ontwikkelen veelzijdige waterstofsensor

Other related posts: