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在全球清潔能源轉(zhuǎn)型浪潮下,氫能憑借高效、清潔的特性成為焦點(diǎn)。
近日,河南省發(fā)布政策,明確 2025 年 1 月 25 日至 12 月 31 日期間,對(duì)通行省內(nèi)收費(fèi)公路的氫能貨車免收通行費(fèi),彰顯了政府對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堅(jiān)定支持,為氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的推廣注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
截至2025年8月,全國(guó)共有11個(gè)省市出臺(tái)了氫能貨車高速公路通行費(fèi)減免政策,覆蓋范圍從省級(jí)到市級(jí)。
需要關(guān)注的是,氫氣具有密度小、擴(kuò)散速度快、燃燒范圍廣以及點(diǎn)火能量低等特性,一旦泄漏易引發(fā)燃燒、爆炸事故,威脅人員與財(cái)產(chǎn)安全。因此,氫能在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用全流程的安全保障,成為產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的核心,用于氫氣泄漏監(jiān)測(cè)的氫氣傳感器正是這一過(guò)程中的 “隱形護(hù)盾”。
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現(xiàn)代氫氣傳感器技術(shù)多樣,主要包括電化學(xué)型、半導(dǎo)體型、催化燃燒型、熱導(dǎo)型等。不同類型的傳感器基于各自獨(dú)特的工作原理,實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的精準(zhǔn)檢測(cè)。
電化學(xué)型
氫氣和氧氣在工作電極和對(duì)電極上發(fā)生相應(yīng)的氧化還原反應(yīng)并釋放電荷形成電流,產(chǎn)生的電流大小與氫氣濃度成正比并遵循法拉第定律,通過(guò)測(cè)定電流的大小即可判定氫氣濃度的高低。
催化燃燒型
依托催化燃燒效應(yīng),敏感元件為涂有鉑、鈀等貴金屬催化劑的鉑絲線圈。氫氣與氧氣在催化劑表面低溫燃燒放熱,使元件溫度升高、電阻變化,通過(guò)惠斯通電橋測(cè)電阻變化推算氫氣濃度。
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半導(dǎo)體型
用氫氣與半導(dǎo)體敏感材料(如金屬氧化物、鈀基材料)的相互作用實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。當(dāng)氫氣分子吸附并滲透到半導(dǎo)體表面時(shí),會(huì)改變材料的電子濃度,導(dǎo)致電阻變化,通過(guò)測(cè)量電阻波動(dòng),即可推算氫氣濃度。
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熱導(dǎo)型
利用氣體熱導(dǎo)率差異,內(nèi)部加熱元件(兼測(cè)溫)的平衡溫度由散熱速率決定,而散熱速率與氣體熱導(dǎo)率相關(guān)。氫氣熱導(dǎo)率約為空氣的 7 倍,存在時(shí)會(huì)加快元件散熱、降低溫度,通過(guò)測(cè)溫變化推算濃度。
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MEMS工藝的發(fā)展,推動(dòng)著氫氣傳感器微型化、智能化發(fā)展,使傳感器的尺寸、重量、功耗進(jìn)一步降低,適配多樣化的空間受限場(chǎng)景。
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高選擇性 MEMS 氫氣傳感器MPA-2011B
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在氫能貨車中,氫氣安全監(jiān)測(cè)傳感器承擔(dān)著保障車輛運(yùn)行安全的關(guān)鍵使命。
氫氣傳感器可以實(shí)時(shí)對(duì)燃料電池系統(tǒng)中的儲(chǔ)氫罐和電池堆進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣泄漏情況,確保燃料電池系統(tǒng)的安全運(yùn)行。車廂系統(tǒng)中的氫氣傳感器可以對(duì)車廂內(nèi)的氫氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),防止氫氣在車廂內(nèi)積聚達(dá)到危險(xiǎn)濃度保障駕乘人員的人身安全。
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加氫站作為氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的重要基礎(chǔ)設(shè)施,是為氫能車輛提供氫氣加注服務(wù)的關(guān)鍵場(chǎng)所。在加氫機(jī)的加氫槍、加氫管道以及儲(chǔ)氫區(qū)的儲(chǔ)氫罐、閥門等關(guān)鍵部位,密集部署氫氣傳感器對(duì)氫氣的泄漏情況進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè),以最大程度地降低安全風(fēng)險(xiǎn),確保加氫站的安全運(yùn)營(yíng)。
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加氫站與制氫廠之間通常通過(guò)輸氫管道進(jìn)行氫氣的輸送,輸氫管道的安全運(yùn)行對(duì)于保障加氫站的氫氣供應(yīng)至關(guān)重要。利用氫氣傳感器對(duì)輸氫管道進(jìn)行檢測(cè),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并精確定位泄漏點(diǎn),避免引發(fā)安全事故。
安全可靠的傳感技術(shù),正是支撐氫能產(chǎn)業(yè)大規(guī)模商業(yè)化不可或缺的“安全帶”。未來(lái),隨著 MEMS 工藝等技術(shù)的持續(xù)迭代,傳感器將以更微型化、低功耗、高智能的特性,為制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注、應(yīng)用全鏈條保駕護(hù)航,助力實(shí)現(xiàn)能源清潔轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
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