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News: Nanodrähte schalten schneller

Energiesparen ist angesagt. Um die fossilen Brennstoffvorräte und den Geldbeutel zu schonen, senken Autohersteller den Verbrauch ihrer Modelle immer mehr. Gleichzeitig setzen sie auf alternative Energiequellen wie etwa Wasserstoff. Doch auch hier ist noch Sparpotenzial vorhanden, da die Zufuhr von Wasserstoff zum Motor noch nicht optimal ist. Ein neuer Sensor könnte hier Abhilfe schaffen.
Einige der neuartigen Autos sieht man schon auf deutschen Straßen fahren. Sie sehen aus wie die anderen und röhren genau so laut, doch aus ihrem Auspuff kommt größtenteils nur Wasser. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge laufen entweder mit Brennstoffzellen oder mit Verbrennungsmotoren. Während die Brennstoffzellentechnologie noch in den Kinderschuhen steckt, sind Verbrennungsmotoren weit verbreitet. Diese sind wie konventionelle Motoren aufgebaut, nur dass an Stelle von Benzin Wasserstoff verbrennt. Allerdings ist der Wirkungsgrad der Knallgasreaktion nicht optimal, denn die Sensoren, die den Zufluss zur Verbrennungskammer regeln, sind sehr träge und können den Brennstoffzufluss zum Motor nicht schnell genug an dessen Leistung anpassen.

Frédéric Favier von der Université Montpellier II wollte dieses Problem zusammen mit Forschern der University of California in Irvine lösen. Dazu fabrizierten er und sein Team etwa 55 bis 200 Nanometer breite und 300 bis 500 Mikrometer lange Palladiumdrähte. Jeweils 20 bis 100  dieser so genannten Mesodrähte ordneten sie gitterförmig an und benutzten dieses als Wasserstoffsensor. Anschließend stellten sie den Sensor in eine mit Stickstoff gefüllte Testkammer, legten eine kleine Spannung an und bestimmten den Widerstand. Ließen sie nun Wasserstoff in die Kammer strömen, verringerte sich der Widerstand innerhalb weniger Millisekunden. Damit übertrifft der Sensor alle bisherigen Modelle um mehr als das Tausendfache.

Der neue Sensor ist deshalb schneller, weil er anders auf Wasserstoff reagiert als bisherige Sensoren. Diese basieren auf der Adsorption der H2-Moleküle, das heißt, dass sich diese auf der Drahtoberfläche anlagern und dadurch den Widerstand erhöhen. Beim Palladiumsensor hingegen bauen die dünnen Palladiumdrähte die Wasserstoffmoleküle in ihre Struktur ein. Durch diese Absorption dehnen sich die Drähte aus, und kleine Lücken, die vorher den Stromfluss erschwerten, schließen sich, wodurch der Widerstand sinkt.

Doch der Palladiumsensor ist nicht nur schneller, sondern auch weniger störanfällig. Denn die Drähte nehmen nur Wasserstoff auf, während sie auf andere Gase wie Argon, Helium, Sauerstoff oder Wasserdampf nicht ansprechen. Da in Verbrennungsmotoren Wasserstoff und Sauerstoff in einer Explosion zu Wasserdampf reagieren, könnte der Palladiumsensor hier den Wasserstoffgehalt exakter bestimmen als bisher. Dadurch ließe sich auch die Zufuhr von neuem Kraftstoff besser regeln, der Wirkungsgrad der Motoren stiege und weniger Wasserstoff ginge verloren.

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