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。

　　01 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。

　　02 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。