Einem amerikanisch-französischen Wissenschaftlerteam ist es gelungen, einen Wasserstoffdetektor mit extrem kurzer Reaktionszeit herzustellen. Der Detektor besteht aus Palladiumleitern mit einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern. Diese dehnen sich beim Vorhandensein von Wasserstoff aus und erniedrigen so ihren elektrischen Widerstand. Die hohe Empfindlichkeit und kurze Reaktionszeit gegenüber kleinen Wasserstoffänderungen prädestinieren den Detektor für die Kontrolle von Wasserstoffmotoren in Fahrzeugen. Die Arbeit der Wissenschaftler ist in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes Science abgedruckt.
Der in einer Zusammenarbeit zwischen der Chemikerin Reginald Penner von der Universität von Kalifornien in Irvine und Wissenschaftlern der Universität von Montpellier in Frankreich entwickelte Wasserstoffdetektor weist eine Höhe von nur 10 Mikrometern auf. Metallische Silberkontakte an der Ober- und Unterseite des Detektors sind durch Hunderte von Palladiumleitern verbunden, die einen elektrischen Stromfluss durch den Detektor ermöglichen. Der Nachweis von Wasserstoff in der Umgebung des Detektors beruht auf der Wechselwirkung zwischen den Palladiumleitern mit Wasserstoff. Diese absorbieren Wasserstoff aus der Umgebung und dehnen sich so etwas aus. Dadurch schließen sich kleine Risse und Störstellen in den Leitern, was wiederum den elektrischen Widerstand zwischen den Silberkontakten absenkt. Um eine möglichst hohe Kontaktoberfläche zwischen Palladium und Wasserstoff zu gewährleisten, haben die Palladiumleiter nur einen Durchmesser von wenigen Nanometern.
Kleine Änderungen der Wasserstoffkonzentration in der Umgebung spiegeln sich so in einer Änderung des elektrischen Widerstands des Detektors wieder. Er ermöglicht somit eine genaue Feststellung der Wasserstoffmenge in der Umgebung. Das Besondere an dieser Art des Wasserstoffnachweises ist die extrem kurze Reaktionszeit des Detektors gegenüber zeitlichen Schwankungen der Wasserstoffkonzentration. Er eignet sich damit für die Kontrolle von auf Wasserstoffkraftstoff basierenden Motoren.
Eines der schwierigsten Probleme bei der Herstellung effizienter Wasserstoffmotoren ist die Kontrolle des Wasserstoffflusses. Herkömmliche Wasserstoffdetektoren haben relativ lange Reaktionszeiten gegenüber Änderungen der Wasserstoffkonzentration und erlauben damit keine effiziente Kontrolle über den Verbrennungsvorgang in Motoren. Der auf Palladiumnanoleitern basierende Detektor löst dieses Problem und könnte somit schon bald Einsatz in der Kraftfahrzeugindustrie finden.
Stefan Maier
