李庆润

(中石化安全工程研究院有限公司化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266104)

0 前言

氢气是一种能源载体，有助于解决化石燃料储备减少、能源供应安全和全球变暖的问题。与其他可燃气体和蒸气相比，如甲烷、丙烷或汽油蒸气等，氢气具有许多不寻常的特性。其中包括非常低的密度(0.089 9 kg/m)和沸点(20.39 K)以及高扩散系数(空气中0.61 cm/s)和浮力。就其燃烧特性而言，它的最小点火能量较低(0.017 mJ)、燃烧热值高(142 kJ/g)和宽可燃范围(4%～75%)以及高燃烧速度、爆炸灵敏度和点火温度为560 ℃。氢气也可以作为还原剂参与化学反应，对许多材料具有高渗透性，这使得其在某些应用中需要特殊的预防措施，氢能的安全使用和管理越来越受到重视，也是目前亟待解决的问题。

氢气传感器是一种检测氢气并产生与氢气浓度成正比的电信号的传感器装置。氢气传感器比传统的氢气检测方法(气相色谱仪、质谱仪)有几种优点，包括成本低、尺寸小、响应快。近几十年来，有许多不同类型的氢气传感器已经商业化或正在研发中。2015年，美国能源部(DOE)设定了极具挑战的氢气传感器使用性能参数指标，包括浓度范围(0.1%～10%)、工作温度(-30～80 ℃)、响应时间(<1.0 s)、气体环境(相对湿度10%～98%)、使用寿命(>10年)、市场价格(每单元<40美元)等。为了满足未来氢经济的需求，除了减少传感器大小、成本和功耗外，应提高氢气传感器灵敏度、选择性和稳定性。

本文的目的是描述和回顾现有和新兴的氢气传感技术的工作原理，对每种类型氢气传感器的工作原理和特性进行描述，总结优点和缺点，并回顾最近的技术发展和性能改进，简要描述了技术应用中对氢气传感器的要求。

1 催化燃烧型传感器

催化燃烧型传感器的工作原理是可燃气体与催化传感器表面的氧反应释放热量。……