La "impresión" de células de combustible de medición rápida permitirá la producción en masa de la economía
La iluminación bien controlada permite al dispositivo prototipo del equipo (arriba a la izquierda) escanear capas delgadas de líquido que contiene nanopartículas de platino (centro inferior), un catalizador utilizado en las pilas de combustible. Ampliar el enfoque (derecha) podría ayudar a satisfacer las necesidades de control de calidad de la industria. Crédito de la imagen: Sr. Stocker / NIST
Resumen
La comercialización generalizada de las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones continúa siendo explotada por varios fabricantes y desafíos de infraestructura. Una de esas barreras técnicas identificadas por el Departamento de Energía de EE. UU. Es la necesidad de un control de proceso en línea a alta velocidad de las capas de catalizador a base de platino en el conjunto de electrodos de membrana de la pila de combustible. El uso de múltiples métodos ópticos basados en la reflexión, como por dispersometría óptico y proyección abertura dispersometría amplia, demostramos en línea-capaz mediciones carga de catalizador de nanopartículas Pt soportado sobre carbono y catalizador nanoestructurado Pt-aleación fina película de membranas recubiertas. La dispersometría de proyección de gran apertura es un nuevo enfoque de alto rendimiento desarrollado en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología específicamente para la metrología de fabricación de pilas de combustible. mediciones de ángulo cerrado y longitud de onda, de estos productos blandos de células de combustible validan la capacidad de las mediciones basadas en la reflectividad para producir sensibilidades industrialmente relevantes para intercambiar en la carga de Pt y Pt-aleación. La aplicación exitosa de estos métodos ópticos para la fabricación de células de combustible depende directamente de la escasez de procesos de alto rendimiento.
Un equipo que incluye científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) puede haber superado un problema importante al crear una pila de combustible. Los métodos de medición mejorados son clave para llevar la energía de hidrógeno un paso más cerca de la producción en masa económica.
Los vehículos de hidrógeno aún no han conquistado el camino como los eléctricos, pero no es por falta de eficiencia o por respeto al medio ambiente. El gas de hidrógeno contiene aproximadamente tres veces más energía en masa que los combustibles fósiles, y una pila de combustible es solo subproducto es agua. Apunte, mientras que llenar un tanque de combustible con hidrógeno es rápido, el motor no es al menos para estándares industriales. Una celda de combustible requiere capas delgadas de un catalizador a base de platino para convertir el hidrógeno en energía eléctrica, y la industria ha carecido de una forma eficiente de evaluar las propiedades de las capas. Esa carencia es una de las razones por las que solo unos 1,800 vehículos de hidrógeno (link is external) y no pueden permitirse más que un vehículo convencional.
El catalizador debe terminar en dos capas de plástico. El proceso mezcla partículas de platino con carbono para formar un fluido negro profundo que incluso se ve como tinta. Luego, una máquina está imprimiendo una imprenta de periódico en la parte inferior de la página. $ 35 por gramo ($ 1,000 por onza), por lo que debemos asegurarnos de no tener que preocuparnos por ello. Y el proceso tiene que ser lo suficientemente rápido como para producir celdas de combustible para miles de autos por año.
El equipo, que incluía científicos del NIST y la industria, encontró una respuesta al problema de la fabricación de chips de computadora. Pero su enfoque habitual, basado en un rayo láser de luz, un replanteamiento exigido.
"Tenemos experiencia en métodos ópticos para medir más de 10 nanómetros en chips, y las partículas de platino están en la misma escala", dijo el científico físico del NIST Michael Stocker. "Sabíamos lo que estábamos haciendo, pero no a 30 metros (unos 100 pies) por minuto, por lo que hubo un desafío de velocidad. Más, estás buscando algo que sea negro, así que no tenemos mucha luz para medir ".
Después de abordar este desafío a través de la investigación y el desarrollo, el equipo construyó un novedoso instrumento con tecnología comercial que puede detectar los bajos niveles de luz reflejados en las partículas de platino cuando la hoja se mueve a un metro o dos por minuto.
Stocker dijo que no existen barreras fundamentales para ampliar el método o aumentar la velocidad para satisfacer las necesidades futuras de la industria. Por ejemplo, un fabricante podría organizar una fila de estos instrumentos para escanear una hoja de un metro de ancho, y cada uno identifica los puntos problemáticos en una sección en particular. Aunque es probable que el método deba combinarse con otras técnicas como la fluorescencia de rayos X para formar una solución completa, Stocker dijo que deja a los fabricantes de pilas de combustible en un buen lugar.
"Todo es solo ingeniería óptica desde este punto en adelante", dijo. "La industria puede tomarlo desde aquí".
Journal of Power Sources -Desarrollo de dispersometría de proyección de gran abertura para la evaluación de carga de catalizador en celdas de combustible de membrana de intercambio de protones
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La iluminación bien controlada permite al dispositivo prototipo del equipo (arriba a la izquierda) escanear capas delgadas de líquido que contiene nanopartículas de platino (centro inferior), un catalizador utilizado en las pilas de combustible. Ampliar el enfoque (derecha) podría ayudar a satisfacer las necesidades de control de calidad de la industria. Crédito de la imagen: Sr. Stocker / NIST
Resumen
La comercialización generalizada de las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones continúa siendo explotada por varios fabricantes y desafíos de infraestructura. Una de esas barreras técnicas identificadas por el Departamento de Energía de EE. UU. Es la necesidad de un control de proceso en línea a alta velocidad de las capas de catalizador a base de platino en el conjunto de electrodos de membrana de la pila de combustible. El uso de múltiples métodos ópticos basados en la reflexión, como por dispersometría óptico y proyección abertura dispersometría amplia, demostramos en línea-capaz mediciones carga de catalizador de nanopartículas Pt soportado sobre carbono y catalizador nanoestructurado Pt-aleación fina película de membranas recubiertas. La dispersometría de proyección de gran apertura es un nuevo enfoque de alto rendimiento desarrollado en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología específicamente para la metrología de fabricación de pilas de combustible. mediciones de ángulo cerrado y longitud de onda, de estos productos blandos de células de combustible validan la capacidad de las mediciones basadas en la reflectividad para producir sensibilidades industrialmente relevantes para intercambiar en la carga de Pt y Pt-aleación. La aplicación exitosa de estos métodos ópticos para la fabricación de células de combustible depende directamente de la escasez de procesos de alto rendimiento.
Un equipo que incluye científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) puede haber superado un problema importante al crear una pila de combustible. Los métodos de medición mejorados son clave para llevar la energía de hidrógeno un paso más cerca de la producción en masa económica.
Los vehículos de hidrógeno aún no han conquistado el camino como los eléctricos, pero no es por falta de eficiencia o por respeto al medio ambiente. El gas de hidrógeno contiene aproximadamente tres veces más energía en masa que los combustibles fósiles, y una pila de combustible es solo subproducto es agua. Apunte, mientras que llenar un tanque de combustible con hidrógeno es rápido, el motor no es al menos para estándares industriales. Una celda de combustible requiere capas delgadas de un catalizador a base de platino para convertir el hidrógeno en energía eléctrica, y la industria ha carecido de una forma eficiente de evaluar las propiedades de las capas. Esa carencia es una de las razones por las que solo unos 1,800 vehículos de hidrógeno (link is external) y no pueden permitirse más que un vehículo convencional.
El catalizador debe terminar en dos capas de plástico. El proceso mezcla partículas de platino con carbono para formar un fluido negro profundo que incluso se ve como tinta. Luego, una máquina está imprimiendo una imprenta de periódico en la parte inferior de la página. $ 35 por gramo ($ 1,000 por onza), por lo que debemos asegurarnos de no tener que preocuparnos por ello. Y el proceso tiene que ser lo suficientemente rápido como para producir celdas de combustible para miles de autos por año.
El equipo, que incluía científicos del NIST y la industria, encontró una respuesta al problema de la fabricación de chips de computadora. Pero su enfoque habitual, basado en un rayo láser de luz, un replanteamiento exigido.
"Tenemos experiencia en métodos ópticos para medir más de 10 nanómetros en chips, y las partículas de platino están en la misma escala", dijo el científico físico del NIST Michael Stocker. "Sabíamos lo que estábamos haciendo, pero no a 30 metros (unos 100 pies) por minuto, por lo que hubo un desafío de velocidad. Más, estás buscando algo que sea negro, así que no tenemos mucha luz para medir ".
Después de abordar este desafío a través de la investigación y el desarrollo, el equipo construyó un novedoso instrumento con tecnología comercial que puede detectar los bajos niveles de luz reflejados en las partículas de platino cuando la hoja se mueve a un metro o dos por minuto.
Stocker dijo que no existen barreras fundamentales para ampliar el método o aumentar la velocidad para satisfacer las necesidades futuras de la industria. Por ejemplo, un fabricante podría organizar una fila de estos instrumentos para escanear una hoja de un metro de ancho, y cada uno identifica los puntos problemáticos en una sección en particular. Aunque es probable que el método deba combinarse con otras técnicas como la fluorescencia de rayos X para formar una solución completa, Stocker dijo que deja a los fabricantes de pilas de combustible en un buen lugar.
"Todo es solo ingeniería óptica desde este punto en adelante", dijo. "La industria puede tomarlo desde aquí".
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