氢储能安全及其检测技术综述
曹冬惠, 杜冬梅, 何青

Summary of Hydrogen Energy Storage Safety and Its Detection Technology
Donghui CAO, Dongmei DU, Qing HE
表2 各类氢传感器的参数及优缺点
Tab. 2 Parameters, advantages and disadvantages of various hydrogen sensors
类型工作原理工作条件参数优点缺点应用场景
催化传感器可燃气体与催化传感器表面的氧反应,释放热量

-20~70 ℃,

5%~95%相对湿度,

70~130 kPa

测量范围<4%,

响应时间<20 s,

功耗大约1 000 mW,

寿命>5 a

坚固、准确、稳定,耐用性好,工作温度范围宽,成本低高检测限,中毒和交叉敏感,高功率使用,高成本,大尺寸,需要氧气行业标准、石油工业、基础设施、泄漏检测

电化学

传感器

氢气与传感电极发生电化学反应,引起电荷传输或电学性质的变化,传感器通过检测化学信号的变化实现氢气浓度检测

-20~55 ℃,

5%~95%相对湿度,

80~110 kPa

测量范围<4%,

响应时间<30 s,

功耗为2~700 mW,

寿命为2 a

低检测限、低成本、低功耗、小尺寸,对相对湿度的依赖性低,对氢的灵敏度高,适当的价格、精度和选择性易中毒,0℃以下性能差;由于电极催化剂降解,灵敏度随时间增长而降低低液位检测、个人监测器、泄漏检测、过程监测
半导体金属氧化物传感器氢气扩散到传感层并与氧反应后,吸附在半导体金属氧化物表面,吸附层的电阻率降低,且下降值随氢气浓度的增加而增加

-20~70 ℃,

10%~95%相对湿度,

80~120 kPa

测量范围<2%,

响应时间<30 s,

功耗<800 mW,

寿命为2~4 a

成本低,灵敏度高,寿命长,对湿度的敏感度低精度低,依赖温度和湿度,对过度曝光敏感,需要氧气进行操作一般用途、容器泄漏检测

热导率

传感器

根据不同浓度气体对应的热导率不同的特性,实现对气体浓度的检测

0~50 ℃,

0~95%相对湿度,

80~120 kPa

测量范围为1%~100%,

响应时间<15 s,

功耗<500 mW,

寿命>5 a

准确度高,检测范围宽,不需要氧气,不易中毒,成本低测量极限高,成本高,对温度依赖性大,对氦交叉敏感建模研究、过程监控

光学

传感器

利用光学变化来检测氢气

-15~50 ℃,

0~95%相对湿度,

75~175 kPa

测量范围为0.1%~100%,

响应时间<60 s,

功耗大约1 000 mW,

寿命<2 a

无着火风险,监控范围广,对噪声不太敏感,可在缺氧条件下运行对环境光干扰和温度变化敏感,成本高泄漏检测
钯(合金)膜当吸附氢气后,氢气释放出电子,与化学吸附层中的氧离子结合,载流子浓度发生变化,该变化值与氢气体积分数存在一定的函数关系

室温~500 ℃,

0~95%相对湿度,

高达700 kPa

测量范围为0.1%~100%,

响应时间为1~130 s,

功耗>25 mW,

寿命<10 a

快速响应,检测范围非常宽易中毒,成本高,厌氧条件下性能差,易受温度影响石油工业、专业应用,用于各种场景