Voeg een beetje zirkoon toe aan yttrium en je krijgt een materiaal dat verkleurt onder invloed van waterstofgas. De gasdruk waarbij dat gebeurt is instelbaar. Een ideale basis voor een goedkope waterstofsensor, stellen de Delftse hoogleraar Bernard Dam en Peter Ngene, inmiddels universitair docent in Utrecht.

In Nature Communications leggen ze uit dat beide metalen met waterstof reageren tot hydrides. De kleurverandering heeft daarbij te maken met de overgang van YH₂ naar YH₃: de eerste vorm is metallisch maar de tweede is een isolator met een andere kristalstructuur.

Vervang je een klein percentage van de yttriumatomen door zirkoon, dat nog enthousiaster waterstof bindt, dan wordt YH₂ als het ware klemgezet tussen het gevormde ZrH_X. Daardoor stijgt de waterstofdruk waarbij de overgang naar YH₃ (en dus de kleurverandering) op gang komt.

En om vooralsnog onopgehelderde redenen blijkt dat verschil veel groter dan je zou verwachten. Bij 0,1 % Zr ligt de evenwichtsdruk bij 0,1 mbar waterstof, bij 13 % Zr zit je op 10 bar. Dat levert dus een meetbereik van vijf ordegroottes op wanneer je strookjes yttrium met oplopende zirkoongehaltes naast elkaar legt. Echt nauwkeurig is het natuurlijk niet maar je kunt er een prima lekdetector van maken, of een indicator die aangeeft of er nog druk op je waterstofsysteem staat.

Dam hoopt dat het ook werkt als je iets toevoegt aan magnesium. Al langer leeft het idee om daar waterstof in op te slaan, in de vorm van magnesiumhydride. De opslagdruk is zo veel lager dan wanneer je dezelfde hoeveelheid waterstof simpelweg samenperst tot hetzelfde volume, wat weer betekent dat je gasfles minder dikke wanden hoeft te hebben. ‘Alleen is ook de evenwichtsdruk van magnesium veel te laag, waardoor er bij het gebruik van magnesium niet genoeg flow van waterstof is om een brandstofcel aan te drijven’, legt Dam uit.

Kun je met een toevoeging die evenwichtsdruk verhogen tot minstens 1 bar, dan is dit probleem uit de wereld. Nader onderzoek moet uitwijzen of zoiets überhaupt mogelijk is.

bron: UU