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» 2017年06月22日 08時30分 UPDATE

蓄電・発電機器:精度を維持して消費電力100分の1、東芝が新型水素センサー

水素インフラの普及に伴い、漏えいを検知するセンサーのニーズが高まっている。東芝は従来トレードオフの関係にあった高速検知と低消費電力を両立した新型の水素センサーの開発に成功。さらに既存の半導体製造ラインで生産できるため、低コストに大量生産が行えるという。

[長町基,スマートジャパン]

 東芝は、検知速度を落とすことなく、従来の約100分の1以下の低消費電力で水素ガスを検知する水素センサーを開発したと発表した。センサー膜にパラジウム系金属ガラスを用いた独自のMEMS構造を採用することで、従来トレードオフの関係にあった高速検知と低消費電力を両立することに成功した。半導体製造ラインで生産できるため、低コストに大量生産が行えるという。

 現在、地球温暖化防止の観点などから、水素社会の実現に向けた技術開発が世界的に進行中だ。一方、水素は可燃性ガスであるため、安全に使用するためには漏えい時に速やかに検知する必要がある。そのため、漏えいを素早く検知できる水素センサーが求められている。また、水素検知器は電池で駆動させることで多様な場所に設置することが可能になるが、電池の電力で常時水素を検知するためには、低消費電力であることが必要だ。

 しかし、従来の水素センサーではセンシング動作時にヒーターによる加熱が行われるため、消費電力が数十mW〜数Wと大きいことが問題となっていた。また、検知速度を向上させるためには頻繁に加熱しなければならず、検知速度と消費電力にはトレードオフの関係があった。

応答時間と消費電力の関係 出典:東芝

 東芝は、半導体事業で培った加工技術を応用することで、センサー膜にパラジウム系金属ガラスを用いた独自のMEMS構造を開発し、高速検知と低消費電力の両立を実現した。同センサーは常時加熱することなく水素を検知することができ、消費電力が小さい容量型MEMS構造を採用しているため、現在使用されている接触燃焼式などの水素センサーと比較し、約100分の1以下である100μWオーダーの低い消費電力で動作する。

 同センサーは、パラジウム系金属ガラスをセンサー膜として採用している。一般にパラジウムは水素吸蔵合金として知られているが、水素と結合するため応答時間が遅く、また放出のために加熱が必要という問題がある。東芝は、パラジウムに替わりアモルファス合金であるパラジウム系金属ガラスを採用することで、水素との結合を抑制し、従来の高速検知が可能な水素センサーと同水準である数秒での検知を実現した。

 なお、同センサーは半導体製造ラインで生産することができ、1枚のウエハーから多数のセンサーを製造できるため、低コストで大量生産することが可能としている。

水素センサーの動作原理 出典:東芝

 東芝は、今回得られた知見から構造、製造プロセスのさらなる最適化を行い、燃料電池車(FCV)や水素ステーションなど水素関連の市場が拡大していく2020年以降の実用化に向け、研究開発を進めていく方針だ。

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