Yakında daha iyi yakıt hücreleri?

Yeni yöntem proton iletkenliğini doğru bir şekilde ölçer

On nanometrenin uzamsal çözünürlüğünde proton iletkenliğinin üç boyutlu gösterimi. İletkenlik, aralarında "uyuma" alanları olan keskin tepe noktaları veya tepe demetleri gösterir. © Stuttgart Üniversitesi
Yüksek sesle okuma

Yakıt hücreleri, hidrojen ve oksijen kullanarak kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bu durumda, hidrojen gazı ile doldurulmuş anot alanı ve hava ya da oksijen ile doldurulmuş katod alanı, ancak protonlara karşı geçirgen olan bir zarla ayrılmaktadır. Şimdiye kadar, zarın iletkenliği sadece kabaca ölçülmüş ve homojen olduğu varsayılmıştır. Alman bilim adamları şimdi bunun tersini kanıtlayan çok yüksek çözünürlüklü bir ölçüm yöntemi geliştirdiler.

Stuttgart Üniversitesi Fiziksel Kimya Enstitüsü ve Esslingen Uygulamalı Bilimler Üniversitesi'nden araştırmacılara göre, ölçümler proton iletkenliği ile polimer elektrolit membranlarının mikroyapıları arasındaki ilişkiyi anlamaya yardımcı olmaktadır. Aynı zamanda düşük sıcaklıkta yakıt hücrelerinin üretim sürecinin hedefli bir şekilde iyileştirilmesine izin verir.

Nafion polimerinden yapılan zar bir tarafta bir platin katalizör tabakası ile kaplanmıştır. Bu aynı zamanda elektrokimyasal bir hücrenin anot görevi görür, yeterince yüksek bir voltajın uygulanmasında ve oksijen suyu yardımıyla okside edilir. Bu, zardan geçen kuvvet mikroskobunun platin kaplı, iletken ucu olan nanokatada, protonların salınımına neden olur ve burada ortam havasındaki oksijenle reaksiyona girerek su oluşturur.

Tarama kuvveti mikroskobu kullanımda

Bilim insanlarına göre, bu elektrokimyasal reaksiyonların meydana gelmesinin şartı, ucun, zarın proton iletken yapılarının son bulduğu zar yüzeyinin alanları üzerine yerleştirilmiş olmasıdır; ancak o zaman bir akım akışı ölçülebilir. Buna karşılık, hidrofobik (su geçirmez) alanlarla temasta hiçbir akım tespit edilememiştir.

Zarın iletkenliğini deneysel olarak ölçmek için araştırmacılar Atomik Kuvvet Mikroskobu (Atomik Kuvvet Mikroskobu) olarak adlandırdılar. Bu ölçüm yöntemiyle, geleneksel ölçümlerin çözünürlüğünü birçok büyüklük sırasına göre aşan on nanometrelik bir çözünürlük elde edilebilir. ekran

Tanımlanan "uyku" alanları

Muayene için, ölçüm kafası ve numune sabit bir nemde şartlandırılır. Bilim adamları daha sonra ölçülen değerleri üç boyutlu olarak görselleştirir. İletkenlik kendisini, iletkenlik kanallarının doğrudan görüntüsü olarak sunan keskin tepe ve tepe demetleri olarak gösterir. Şaşırtıcı bir şekilde, proton iletimi olmadan aralarında geniş uyku alanları vardır.

Ölçümler, örneğin hücre zarının dökülmesi sırasındaki sıcaklık veya kullanılan çözücü tipi gibi yakıt hücrelerinin üretim sürecinin hedefli bir şekilde iyileştirilmesine izin verir. Tanınmış otomobil şirketleri zaten geniş bir uygulama için genişletilmekte olan yeni yöntemle zaten ilgilenmektedir.

(idw - Stuttgart Üniversitesi, 01.07.2008 - DLO)