在全球能源結構向低碳化轉型背景下,氫能因其資源豐富、能量密度大且熱量高、零排放特點,被視為最具發展潛力的清潔能源,是未來能源技術革命和產業發展的重要方向。
在眾多類型的氫燃料電池中質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種高效、環保的能源轉換設備,其性能和壽命受到多種因素的影響。XRF(X射線熒光光譜分析)技術在這一領域中發揮著重要作用,尤其是在異物檢測和催化元素含量分析方面。
便攜式XRF對于質子交換膜催化劑元素
Pt & Ir載量分析
在PEMFC中,貴金屬鉑(Pt)和Ir(銥)是膜電極的重要催化劑,其含量直接影響電池的電催化性能和成本。傳統的催化劑載量測定方法復雜且誤差較大。XRF技術以其快速、無損、高精度的特點,成為催化劑載量測定的優選方法。2020年發布的《T/CAAMTB 12 膜電極測試方法》標準中,XRF方法被指定為Pt擔載量標準測試方法。
布魯克便攜式XRF輕巧靈活,使用方便,不受樣品尺寸限制,能夠實現對樣品的快速無損分析,測試此類樣品時,僅需幾秒即可獲得測試樣品的催化劑載量,結果準確可靠, 能夠真正意義上實現樣品的無損測試。
布魯克便攜式XRF測試Pt載量結果界面
布魯克便攜式XRF TITAN系列具有以下優勢:
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結構緊湊, 輕巧便攜
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Sharp Beam TM光路優化技術,使用更安全
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新型石墨烯窗口SDD探測器
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Detector shield 防扎探測器專利技術,探測器更堅固耐用Easy-cal軟件,支持客戶自主開發定制化校準曲線
在線式分析實現生產過程催化劑載量實時監控
為了實現生產過程中電極片催化劑的實時檢測,布魯克推出了在線分析產品XMS。這一產品不僅能夠實現接近于離線實驗室分析的動態分析精度,還能極大縮減測量間隔。用戶可通過簡單自動化集成,將布魯克在線式XRF XMS 集成至電極片生產流水線設備上,實現實際生產中催化劑載量的實時監控以及產品質量控制。
在線式XRF分析儀XMS
Micro-XRF 在PEMFC生產研究中的應用
01
膜電極催化劑載量分布
得益于Micro-XRF出色的空間分辨率以及強大的面掃描功能,除了能夠實現上述便攜式XRF進行的單點載量分析,可直接對膜電極組件進行面掃描測試,獲得貴金屬催化劑在膜電極的元素分布情況,讓使用者能夠直觀地了解催化劑是否存在團簇、不均勻等情況,對催化劑涂覆整體均勻性進行評估,結合軟件Q-Map功能可以直接獲得催化劑載量定量分布圖。
膜電池結構示意圖
Micro-XRF QMap
獲得的膜電極Pt催化劑載量分布圖
02
膜電極組件金屬異物分析
膜電極組件是質子交換膜燃料電池(PEMFC)中的核心組件,通常由多層膜材料疊加打造而成。然而,這種疊層式的結構有時也會受到一些不速之客的干擾——即那些意外混入的外來金屬顆粒。這些微小的金屬顆粒,雖然看似微不足道,卻可能成為引發電池性能下降甚至徹底失效的罪魁禍首。它們會在擴散層中形成缺陷,進而導致電池的整體性能和耐久性受到嚴重影響。
幸運的是,隨著科技的進步,我們有了一種強大的工具——微區X射線熒光成像技術(Micro XRF)。這項技術在檢測和識別這些潛在的金屬顆粒方面顯示出了其無可比擬的優勢。通過細致的成像分析,它不僅能夠幫助我們在膜電極表面發現這些不受歡迎的金屬顆粒,由于X射線有一定的穿透性還能夠直接測得幾個膜夾層間的金屬異物, 結合軟件的分析功能還能夠對異物顆粒進行分類、尺寸、顆粒數目統計等分析。
小結:
布魯克納米分析部門的XRF產品在質子交換膜燃料電池領域有著豐富的應用場景,能夠為質子交換膜燃料電池行業提供完整的元素分析解決方案。不僅能夠在實際生產研究中幫助改善電池的整體性能,還有效降低了制造成本,同時顯著提高了產品的合格率和市場競爭力。
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原文始發于微信公眾號(布魯克納米分析):應用分享丨質子交換膜燃料電池研究生產的“透視眼”