Hamarosan jobb üzemanyagcellák?

Az új módszer pontosan méri a proton vezetőképességét

A proton vezetőképességének háromdimenziós ábrázolása tíz nanométer térbeli felbontása mellett. A vezetőképesség éles csúcsokat vagy csúcscsíkokat mutat, köztük "alvó" területeket. © Stuttgarti Egyetem
felolvasta

Az üzemanyagcellák a kémiai energiát hidrogén és oxigén felhasználásával elektromos energiává alakítják. Ebben az esetben a hidrogén gázzal töltött anód teret és a levegővel vagy oxigénnel töltött katód teret membrán választja el, amely azonban a protonok számára átjárható. Eddig a membrán vezetőképességét csak durván mérték, és feltételezték, hogy homogén. A német tudósok kifejlesztettek egy nagyon nagy felbontású mérési módszert, amely az ellenkezőjét bizonyítja.

A stuttgarti egyetem és az Esslingeni Alkalmazott Tudományos Egyetem Fizikai Kémiai Intézetének kutatói szerint a mérések célja a protonvezetõképesség és a polimer elektrolitmembránok mikroszerkezete közötti kapcsolat megértése. Ezenkívül lehetővé teszik az úgynevezett alacsony hőmérsékletű üzemanyagcellák gyártási folyamatának célzott fejlesztését.

A Nafion polimer membránját egyik oldalán platinakatalizátor réteg borítja. Ez egy elektrokémiai cella anódjaként is szolgál, kellõen magas feszültség alkalmazásával és oxigén-víz segítségével oxidálódik. Ez a protonok felszabadulásához vezet, amelyek a membránon keresztül migrálnak a nanokódhoz, az erőmikroszkóp platina bevonatú, vezetőképes csúcsához, ahol a környezeti levegőben lévő oxigénnel reakcióba lépve képződnek víz.

Használt pásztázó mikroszkópia

A tudósok szerint ezen elektrokémiai reakciók bekövetkezésének feltétele, hogy a hegy a membrán felületének azon részein helyezkedjen el, ahol a membrán protonvezető struktúrái végződnek; csak akkor lehet megmérni az áramot. Ezzel szemben a hidrofób (víztaszító) területekkel érintkezve áramot nem lehetett kimutatni.

A membrán vezetőképességének kísérleti mérésére a kutatók az úgynevezett atomerősség-mikroszkópiát (Atomic Force Microscopy) használják. Ezzel a mérési módszerrel tíz nanométer felbontást lehet elérni, amely sok nagyságrenddel meghaladja a hagyományos mérések felbontását. kijelző

Azonosított "alvó" területek

A vizsgálat céljából a mérőfejet és a mintát állandó páratartalom mellett kondicionálják. A tudósok ezután három dimenzióban szemléltetik a mért értékeket. A vezetőképesség éles csúcsokként és csúcscsomókként nyilvánul meg, amelyek a vezetőképesség csatornainak közvetlen képét mutatják. Meglepő módon nagy alvási területek vannak közöttük protonvezetés nélkül.

A mérések lehetővé teszik az üzemanyagcellák gyártási folyamatának célzott javítását, például a hőmérsékletet a membrán öntésekor vagy az alkalmazott oldószer típusát. A közismert autógyártók már érdeklődnek az új módszer iránt, amelyet jelenleg széles körben alkalmaznak.

(idw - Stuttgarti Egyetem, 2008.07.01. - DLO)