D0I:10.13374/i.issnl00103x.2010.06.022 第32卷第6期 北京科技大学学报 Vo132 No 6 2010年6月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Jun 2010 温度和湿度对Na fiong膜氢传感器性能的影响 杜晋峰白洋褚武扬 乔利杰 北京科技大学材料科学与工程学院.北京100083 摘要系统研究了以Naf叫12膜为电解质的氢传感器在不同工作环境下的氢敏感性能.结果表明，以Nao四12膜为电解 质的氢传感器对氢具有很好的敏感性，可以实现微量氢气泄漏的快速检测.该传感器在氢气体积分数为(500~3000)×10 时的响应电压与氢气体积分数的对数呈线性关系，为标定不同环境下氢气含量与传感器响应电压的对应关系提供了依据。在 相同湿度条件下，传感器响应电压随温度的升高而下降.湿度对传感器响应电压的影响与温度相关：温度较低时，响应电压随 湿度的增加而下降：温度较高时.响应电压随湿度的增加而升高. 关键词氢传感器：Nafa膜氢泄漏：响应特性 分类号M9114 Effects of temperature and hum idity on the perfomm ance of hydrogen sensors based on the Nafion m embrane DU Jn feng BAI Yang CHWu yang QIAO)Li-jie Sclpol ofMaseris Science and Engineering Universit ofSc ience and Technokgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT The hydrogen sesitivity of a hyd rogn sesorw ith he Nafon 12 mem brane as electrole was studied under different wok ing enviromm ents The results shov hat the hyd rogen sensor has good hyd ogen sensitivity and can quicky detect a tny hydrogen leas The generated electomotive prce increases lneary wih he pgaritlm ofhydrogen voime fracton in he range of(500 t03000) X10 which provdles a basis pr calibrating he relatianshp beween hydrogen content and the sensor's electromotive prce The electromotive prce decreasesw ith the increase n wmperaure under a fixed hum d ity condition The efect of humidity on the sensor's electromotive prce ako reles to tmpenture When the tmm peraure is pw the electmotive prce decreaseswith the ncrase n hu m dit while the temperaure is hgh the electromotive prce ncreases with the increase in humidity KEY WORDS hyd ogen sensor Nafionmen brane hydrogen leakage response characteristic 随着环境和能源问题的日益突出，清洁可再生 生的不同电位差作为检测依据：电压型氢气传感器 的氢能源取代传统化石能源正在成为一种趋势，并 不依赖电极的几何形状，因此具有结构简单、易于小 且将在工业、国防和医药卫生等领域得到广泛应用. 型化、携带操作方便等优点，在氢气泄漏的快速检测 特别是近年来氢燃料电池及其相关产业的迅速发 方面具有广阔的应用前景.近年来以聚合物电 展，使得氢能源的应用前景更为广阔.无色无味的 解质取代液体电解质成为传感器研究的趋势之一， 氢易燃易爆，微量泄漏都会导致危险，因此以氢气检 该方案解决了液体电解质容易泄漏和挥发的问 测为目的的氢气传感器研究受到广泛的重视， 题，使传感器制作更加方便. 电化学氢气传感器是一种重要的氢气检测仪器，它 本文对采用Naon12膜为电解质的电压型氢 的检测范围宽，选择性好，灵敏度高.电化学氢气传 传感器在不同工作条件下的氢敏感性能进行了研 感器分为电压型氢气传感器和电流型氢气传感器两 究，为聚合物电解质氢传感器的设计开发和使用提 种.电压型氢传感器利用不同含量氢气在电极上产 供了有益的参考. 收稿日期：2009-10-09 作者简介：杜晋峰(19刀-).男，博士研究生：乔利杰(1957一)，男，教授，博士生导师，Ema内@ubm第 32卷 第 6期 2010年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.6 Jun.2010 温度和湿度对 Nafion膜氢传感器性能的影响 杜晋峰 白 洋 褚武扬 乔利杰 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 系统研究了以 Nafion112膜为电解质的氢传感器在不同工作环境下的氢敏感性能.结果表明, 以 Nafion112膜为电解 质的氢传感器对氢具有很好的敏感性, 可以实现微量氢气泄漏的快速检测.该传感器在氢气体积分数为 ( 500 ～ 3 000) ×10 -6 时的响应电压与氢气体积分数的对数呈线性关系, 为标定不同环境下氢气含量与传感器响应电压的对应关系提供了依据.在 相同湿度条件下, 传感器响应电压随温度的升高而下降.湿度对传感器响应电压的影响与温度相关:温度较低时, 响应电压随 湿度的增加而下降;温度较高时, 响应电压随湿度的增加而升高. 关键词 氢传感器;Nafion膜;氢泄漏;响应特性 分类号 TM911.4 Effectsoftemperatureandhumidityontheperformanceofhydrogensensors basedontheNafionmembrane DUJin-feng, BAIYang, CHUWu-yang, QIAOLi-jie SchoolofMaterialsScienceandEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT ThehydrogensensitivityofahydrogensensorwiththeNafion112 membraneaselectrolytewasstudiedunderdifferent workingenvironments.Theresultsshowthatthehydrogensensorhasgoodhydrogensensitivityandcanquicklydetectatinyhydrogen leak.Thegeneratedelectromotiveforceincreaseslinearlywiththelogarithmofhydrogenvolumefractionintherangeof( 500 to3 000) ×10 -6 , whichprovidesabasisforcalibratingtherelationshipbetweenhydrogencontentandthesensorselectromotiveforce.The electromotiveforcedecreaseswiththeincreaseintemperatureunderafixedhumiditycondition.Theeffectofhumidityonthesensors electromotiveforcealsorelatestotemperature.Whenthetemperatureislow, theelectromotiveforcedecreaseswiththeincreaseinhu￾midity;whilethetemperatureishigh, theelectromotiveforceincreaseswiththeincreaseinhumidity. KEYWORDS hydrogensensor;Nafionmembrane;hydrogenleakage;responsecharacteristic 收稿日期:2009--10--09 作者简介:杜晋峰 ( 1977— ), 男, 博士研究生;乔利杰 ( 1957— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:lqiao@ustb.edu.cn 随着环境和能源问题的日益突出, 清洁可再生 的氢能源取代传统化石能源正在成为一种趋势, 并 且将在工业 、国防和医药卫生等领域得到广泛应用 . 特别是近年来氢燃料电池及其相关产业的迅速发 展, 使得氢能源的应用前景更为广阔.无色无味的 氢易燃易爆, 微量泄漏都会导致危险, 因此以氢气检 测为目的的氢气传感器研究受到广泛的重视 [ 1--4] . 电化学氢气传感器是一种重要的氢气检测仪器, 它 的检测范围宽, 选择性好, 灵敏度高.电化学氢气传 感器分为电压型氢气传感器和电流型氢气传感器两 种 .电压型氢传感器利用不同含量氢气在电极上产 生的不同电位差作为检测依据;电压型氢气传感器 不依赖电极的几何形状, 因此具有结构简单 、易于小 型化 、携带操作方便等优点, 在氢气泄漏的快速检测 方面具有广阔的应用前景 [ 5] .近年来, 以聚合物电 解质取代液体电解质成为传感器研究的趋势之一, 该方案解决了液体电解质容易泄漏和挥发的问 题 [ 6] , 使传感器制作更加方便. 本文对采用 Nafion112 膜为电解质的电压型氢 传感器在不同工作条件下的氢敏感性能进行了研 究, 为聚合物电解质氢传感器的设计开发和使用提 供了有益的参考. DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.06.022