XRF用于氫燃料電池的質量控制

　　XRF用于氫燃料電池的質量控制

　　在減少碳排放的競賽中，燃料電池技術發展迅速。鋰離子電池技術和氫燃料電池系統都能助力有關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（負極和正極）以及夾在兩個電極之間的電解質。為電動車提供動力的氫燃料電池由于使用質子導電聚合物膜作為電解質，因此被稱為聚合物電解質膜（PEM）燃料電池。它們也被稱為質子交換膜燃料電池，其電極通常涂有混有鉑（Pt）顆粒的導電碳。鉑（Pt）是燃料（氫）和氧化劑（氧）持續轉化為電能的催化劑。

　　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量或重量至關重要，以確保電池中的有效化學反應，同時最大限度地降低原材料成本和減少成品浪費。

　　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之一）可用于快速質量控制，以確保高性能、提高產量并通過減少廢物來支持可持續發展。

　　氫燃料電池用于更清潔環保的出行

　　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，電池即可產生電、熱和水。電池不排放溫室氣體，唯一的副產品是水和熱量，而該熱量可用于一些系統中，使其比單獨的發電系統更有效。

　　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氫氣，這使得它們的整體綠色環保信譽度并不高。幸運的是，其他制氫工藝正在開發中，進一步提高了氫燃料電池的環保信譽度。

　　此外，隨著風能和用于發電的生物質能等可再生能源的發展，環保情況正在改善。

　　聚合物電解質膜燃料電池（PEM）

　　氫燃料電池技術的主要優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，在負極將氫轉化為H+和電子（氫氧化反應），并在正極作為氧化還原反應的催化劑，產生與氫離子結合生成水的氧。

　　就鉑鍍層的質量而言，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行有重大影響。就鐵而言，鐵顆粒可通過原材料和工藝設備的磨損，從而進入生產過程。當鐵存在于燃料電池中時，鐵可與過氧化氫（H?O?）反應并形成自由基（芬頓反應）。這種反應會導致電池離子交換膜損壞和燃料電池劣化。

　　 芬頓反應：

　　 Fe2+H?O?→Fe3+ HO?+OH-

　　 H?O? + HO? → HO?? + H?O

　　常規X射線計算機斷層掃描系統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。

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

　　EA8000A用于檢測金屬

　　日立EA8000A結合了X射線透射技術和EDXRF光譜技術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。

　　其他技術通常只能識別樣品表面的小顆粒，而EA8000A使用獨特的聚焦X射線光學器件，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（最大尺寸為250mm x 200mm）放入樣品夾具中，并將夾具放在分析臺上即可進行測量。

　　為了進行全面分析，EA8000A測量臺：

　　1.使用圖像處理來自動檢測任何異物的位置

　　2.觀察形態并自動捕獲受污染區域的圖像

　　3.通過EDXRF對受污染區域和/或整個膜進行元素映射

　　4.生成報告

　　這些步驟可以完全實現自動化，使操作員能夠執行其他任務并提高生產率。

　　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行薄膜上的鉑鍍層重量分析。在校準LAB-X后即可輕松地進行常規分析。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。

　　幾秒鐘內即可獲得顯示鉑鍍層重量的初步分析結果，幾分鐘內即可獲得全部分析結果。此外，還可以設置“合格/不合格”消息，以便做出快速決策和調整工藝（如需），從而確保始終穩定一致的產品質量。LAB-X5000結構緊湊，堅固耐用，可與任何產品搭配使用。

　　為了了解LAB-X5000在其用于PEM用鉑鍍層薄膜分析方面的性能，我們制作了一份應用指南，其中說明了這款分析儀的校準性能和樣品制備方法，請點擊文末“閱讀原文”下載。

　　X-Strata920用于精確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或區域上的鉑鍍層重量。可將電動XY工作臺編程為自動測量多塊膜，或執行多點（如網格型）分析程序，以顯示鉑在整個膜上的分布情況，從而監控和調整鍍層過程。