XRF用于氫燃料電池的質(zhì)量控制

在減少碳排放的競賽中，燃料電池技術(shù)發(fā)展迅速。鋰離子電池技術(shù)和氫燃料電池系統(tǒng)都能助力有關(guān)減少世界二氧化碳排放的解決方案。

所有類型的燃料電池均包括三個基本組成部分：兩個電極（負(fù)極和正極）以及夾在兩個電極之間的電解質(zhì)。為電動車提供動力的氫燃料電池由于使用質(zhì)子導(dǎo)電聚合物膜作為電解質(zhì)，因此被稱為聚合物電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池。它們也被稱為質(zhì)子交換膜燃料電池，其電極通常涂有混有鉑（Pt）顆粒的導(dǎo)電碳。鉑（Pt）是燃料（氫）和氧化劑（氧）持續(xù)轉(zhuǎn)化為電能的催化劑。

在制造過程中，控制電極表面鉑鍍層的均勻性以及電極表面的數(shù)量或重量至關(guān)重要，以確保電池中的有效化學(xué)反應(yīng)，同時更大限度地降低原材料成本和減少成品浪費(fèi)。

在這種情況下，能量分散X射線熒光（EDXRF）光譜法（最簡單的元素分析技術(shù)之一）可用于快速質(zhì)量控制，以確保高性能、提高產(chǎn)量并通過減少廢物來支持可持續(xù)發(fā)展。

1、氫燃料電池用于更清潔環(huán)保的出行

理論上，氫燃料電池是理想的零排放能源。只需將燃料-氫（由于氫含量豐富而被歸類為可再生能源）和空氣輸送到電池的電極，電池即可產(chǎn)生電、熱和水。電池不排放溫室氣體，的副產(chǎn)品是水和熱量，而該熱量可用于一些系統(tǒng)中，使其比單獨(dú)的發(fā)電系統(tǒng)更有效。

然而，像鋰離子電池仍然需要使用化石燃料來提供充電用電一樣，化石燃料的大量能量也常用于生產(chǎn)氫氣，這使得它們的整體綠色環(huán)保信譽(yù)度并不高。幸運(yùn)的是，其他制氫工藝正在開發(fā)中，進(jìn)一步提高了氫燃料電池的環(huán)保信譽(yù)度。

此外，隨著風(fēng)能和用于發(fā)電的生物質(zhì)能等可再生能源的發(fā)展，環(huán)保情況正在改善。

2、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEM）

氫燃料電池技術(shù)的主要優(yōu)勢在于它可以在相對較低的溫度下使用，并且其電能輸出易于變化-這兩種情況都是個人車輛使用的必要條件。

PEM使用鉑作為催化劑，在負(fù)極將氫轉(zhuǎn)化為H+和電子（氫氧化反應(yīng)），并在正極作為氧化還原反應(yīng)的催化劑，產(chǎn)生與氫離子結(jié)合生成水的氧。

就鉑鍍層的質(zhì)量而言，無論是在膜上的重量還是存在的鐵（Fe）顆粒異物方面，其都對燃料電池的運(yùn)行有重大影響。就鐵而言，鐵顆?？赏ㄟ^原材料和工藝設(shè)備的磨損，從而進(jìn)入生產(chǎn)過程。當(dāng)鐵存在于燃料電池中時，鐵可與過氧化氫（H2O2）反應(yīng)并形成自由基（芬頓反應(yīng)）。這種反應(yīng)會導(dǎo)致電池離子交換膜損壞和燃料電池劣化。

芬頓反應(yīng)：

Fe2++H2O2→Fe3++ HO.+OH-

H2O2 + HO. → HO2. + H2O

常規(guī)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)需要幾個小時才能檢測到膜電極組件中的小金屬顆粒，并且雖然掃描電子顯微鏡能檢測到粒度小于10μm的顆粒，但其無法“查看”埋藏在樣品中的顆粒。

日立已開發(fā)出一種新型顆粒檢測技術(shù)，能在短短15分鐘內(nèi)檢測和分析粒度小至30μm的金屬異物，極大地提高測試效率。該技術(shù)還能確定鉑在膜上的分布情況。

3、EA8000A用于檢測金屬

日立EA8000A結(jié)合了X射線透射技術(shù)、光學(xué)顯微鏡和EDXRF光譜技術(shù)來定位和表征膜電極列陣（MEA）中的金屬異物。EDXRF也能用于映射鉑在膜上的分布情況。

其他技術(shù)通常只能識別樣品表面的小顆粒，而EA8000A使用獨(dú)特的聚焦X射線光學(xué)器件，能夠定位和識別埋藏在樣品深處的金屬顆粒中的元素。

樣品制備快速而簡單：只需將MEA（更大尺寸為250mm x 200mm）放入樣品夾具中，并將夾具放在分析臺上即可進(jìn)行測量。

為了進(jìn)行全面分析，EA8000A測量臺：

使用透射X射線來獲得樣品的光學(xué)圖像

使用圖像處理來自動檢測任何異物的位置

觀察形態(tài)并自動捕獲受污染區(qū)域的圖像

通過EDXRF對受污染區(qū)域和/或整個膜進(jìn)行元素映射

生成報(bào)告

這些步驟可以完全實(shí)現(xiàn)自動化，使操作員能夠執(zhí)行其他任務(wù)并提高生產(chǎn)率。

4、LAB-X5000用于鉑鍍層重量測量

日立LAB-X5000臺式EDXRF光譜儀能確保輕松進(jìn)行薄膜上的鉑鍍層重量分析。在校準(zhǔn)LAB-X后即可輕松地進(jìn)行常規(guī)分析。只需將鍍層樣品放入LAB-X的分析端口，按下啟動按鈕，儀器便會自動完成剩余的工作。

幾秒鐘內(nèi)即可獲得顯示鉑鍍層重量的初步分析結(jié)果，幾分鐘內(nèi)即可獲得全部分析結(jié)果。此外，還可以設(shè)置“合格/不合格”消息，以便做出快速決策和調(diào)整工藝（如需），從而確保始終穩(wěn)定一致的產(chǎn)品質(zhì)量。LAB-X5000結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固耐用，可與任何產(chǎn)品搭配使用。

5、X-Strata920用于測量部件和薄膜的鍍層重量

X-Strata920 XRF鍍層分析儀使用較小的分析光斑尺寸來測量鍍層零件或薄膜特定測點(diǎn)或區(qū)域上的鉑鍍層重量?？蓪㈦妱覺Y工作臺編程為自動測量多塊膜，或執(zhí)行多點(diǎn)（如網(wǎng)格型）分析程序，以顯示鉑在整個膜上的分布情況，從而監(jiān)控和調(diào)整鍍層過程。

6、X-MET8000按需提供便攜式XRF分析

X-MET8000手持式X射線熒光（XRF）分析儀無需電源或工作臺，是對鍍層進(jìn)行光斑分析的理想選擇。其堅(jiān)固性（IP54防護(hù)等級）和較長的電池壽命（一次充電可使用10-12小時），使其成為需要使用真正便攜的工具時（如來料檢驗(yàn)）的工具。