Snart bedre brenselceller?

Ny metode måler protonledningsevne nøyaktig

Tredimensjonal representasjon av protonledningsevnen med en romlig oppløsning på ti nanometer. Konduktiviteten viser skarpe topper eller bunter av topper, med "sovende" områder i mellom. © University of Stuttgart
lese høyt

Brenselceller konverterer kjemisk energi til elektrisk energi ved bruk av hydrogen og oksygen. I dette tilfellet separeres anoderommet fylt med hydrogengass og katoderommet fylt med luft eller oksygen av en membran som imidlertid er permeabel for protoner. Inntil nå ble ledningsevnen til membranen bare grovt målt og antatt å være homogen. Tyske forskere har nå utviklet en veldig høyoppløselig målemetode som beviser det motsatte.

I følge forskerne fra Institute of Physical Chemistry ved University of Stuttgart og Esslingen University of Applied Sciences tjener målingene til å forstå forholdet mellom protonledningsevnen og mikrostrukturen til polymerelektrolyttmembranene. De tillater også en målrettet forbedring av produksjonsprosessen til såkalte lavtemperatur-brenselceller.

Membranen laget av polymeren Nafion er belagt på den ene siden med et lag av en platinkatalysator. Dette tjener også som anoden til en elektrokjemisk celle, blir oksidert ved påføring av en tilstrekkelig høy spenning og ved hjelp av oksygenvann. Dette fører til frigjøring av protoner, som vandrer gjennom membranen til nanokatoden, den platinabelagte, ledende spissen av kraftmikroskopet, der de reagerer med oksygenet i omgivelsesluften for å danne vann.

Skannekraftmikroskopi i bruk

I følge forskerne er betingelsen for forekomsten av disse elektrokjemiske reaksjonene at spissen er lokalisert over områder av membranoverflaten der de protonledende strukturer av membranenden ender; først da kan en strømstrøm måles. I motsetning til dette kunne ingen strøm påvises i kontakt med hydrofobe (vannavvisende) områder.

For å måle konduktiviteten til membranen eksperimentelt, brukte forskerne den såkalte Atomic Force Microscopy (Atomic Force Microscopy). Med denne målemetoden kan man oppnå en oppløsning på ti nanometer, som overskrider oppløsningen for konvensjonelle målinger med mange størrelsesordener. utstilling

Identifiserte "sovende" områder

For undersøkelsen blir målehodet og prøven kondisjonert med konstant fuktighet. Forskerne visualiserer deretter de målte verdiene i tre dimensjoner. Konduktiviteten manifesterer seg som skarpe punkter og bunter av tips, som presenterer seg som direkte avbildning av ledningsevne kanaler. Overraskende nok er det store soveområder i mellom uten protonledning.

Målingene tillater en målrettet forbedring av produksjonsprosessen for brenselceller, for eksempel temperaturen under hellingen av membranen eller typen anvendt løsningsmiddel. Kjente bilfirmaer er allerede interessert i den nye metoden, som for tiden utvides for en bred anvendelse.

(idw - University Stuttgart, 01.07.2008 - DLO)