钯合金薄膜技术在氢气检测的应用

我国高度重视氢燃料电池汽车产业发展，近年来国家层面和各地方层面密集出台一系列支持政策，有效推动我国氢燃料电池汽车产业开始从基础研究阶段向产业化过渡。

氢能的蓬勃发展态势也引发了公众对于氢安全方面的担忧。具体来看，氢气的有以下几大危险性：

其一，氢气爆炸比例宽。在空气中氢含量在4%-75%，氧气中氢含量在4%-94%时，有明火、高温、催化剂作用下，氢气可以发生燃烧和爆炸；

其二，燃烧速度快。氢气在空气中燃烧速度可达3m/s - 2050m/s，在氧气中燃烧速度可达3600m/s。

其三，燃烧温度高。氢气在氧气充足条件下完全燃烧时，温度可以超过2500℃。同时，火焰颜色为白色，在白天或光线强等情况下，不容易察觉。

其四，点火能量小。氢气点火能量仅需0.019mJ，氢气和空气形成的可燃混合气遇静电火花、电气火花或500℃以上的热物体等点火源，就会发生燃烧爆炸。

过去氢气在电力行业，特别是大型火电机、核电上被广泛应用，作为冷却的气体，氢气在电厂的管控措施非常高，但事故还是时有发生，不能够完全杜绝，可见对于氢气的监控和管理是十分重要。

用好氢气的关键在于利用有效的手段对其进行预防和监控，氢气传感器的作用不可或缺。

在氢气传感器的几种实现技术路径中，电化学原理、催化燃烧和半导体都存在一定程度的局限性，基于MEMS 技术的钯合金薄膜氢气传感器则凭借其体积小、质量轻、易于批量生产等优点成为车用氢气传感器应用研究热点。

钯合金薄膜氢气传感器技术主要利用金属薄膜对气体的催化分解作用。氢气分子吸附至合金薄膜表面，在钯合金薄膜的催化作用下，氢气分子分解成两个氢原子，氢原子扩散至钯合金晶格内部，引起晶格膨胀与相变，造成合金薄膜电导率产生变化，根据这一特性原理，可实现氢气浓度的测量。

钯合金薄膜技术最早是美国NASA用在航天上，在日本福岛核电站出现泄露之后，也采用钯合金薄膜技术来测量氢气浓度。钯合金薄膜技术的优势在其抗干扰能力强，不怕水，抗结露，在液体中能测量；且耐高温，寿命很长，可以在高温条件下应用。

对于应用于氢能领域的钯合金薄膜传感器来说，首先，它可以适应高温高湿的环境的检测场景，检测可靠性良好，使用寿命可达10年；其次，由于其抗干扰性强，可用于复杂背景气体检测场景，适用范围广泛；其三，它无需氧气参与反应，可用于氢气含量较低甚至无氧等检测场景。