Die globale Energie- und Transportlandschaft ver?ndert sich rasant, wobei erneuerbare Energien um die intelligente Energiespeicherung erg?nzt werden. Brennstoffzellen werden ein wichtiger Bestandteil der intelligenten Energieinfrastruktur sein und eine lokale Energieerzeugung für station?re und mobile Anwendungen bieten. Speziell im Transportsektor sto?en Elektrofahrzeuge, die mit Wasserstoffbrennstoffzellen angetrieben werden, auf zunehmend gro?en Anklang und werden bald das Potenzial haben, mit batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen zu konkurrieren. Im Gegensatz zu batteriebetriebenen Fahrzeugen, die mindestens 30 Minuten ben?tigen, um vollst?ndig aufgeladen zu werden, bieten Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb den Vorteil eines schnellen Ladevorgangs.?

Darüber hinaus beinhalten die Elektrodenmaterialien von Brennstoffzellen keine toxischen Elemente – ganz im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Lithium-Ionen-Batterien.

Unsere Analysel?sungen befassen sich mit vielen Fragen der Brennstoffzellenentwicklung und -optimierung, z.?B. Polymerstabilit?t in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC), in-situ-Strukturver?nderungen in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) und Katalysatoreffizienz. Insbesondere k?nnen unsere Ger?te analysieren, wie Platin auf Kohlenstoff als Tr?germaterial (Platinmohr), das als Katalysator für die elektrochemischen Reaktionen in Anoden und Kathoden von Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen verwendet wird, die Effizienz der Brennstoffzelle beeinflusst. Kritische Parameter, die die Effizienz einer Brennstoffzelle bei einem bestimmten Platingehalt beeinflussen, sind die Platinpartikelgr??e, die Kohlenstoffaggregatgr??e und die Zusammensetzung der Katalysatortinte, die die Mikro- und Makrostruktur der Katalysatorschicht bestimmt.?Die Analyse dieser Faktoren unterstützt Hersteller bei der Entwicklung m?glichst effizienter Brennstoffzellen.

Wie kann ich eine hohe spezifische Aktivität in meinem Brennstoffzellen-Katalysator sicherstellen?

Polymerelektrolytbrennstoffzellen sind auf teure Platin-Katalysatoren angewiesen, sowohl für Wasserstoffoxidationsreaktionen als auch für Sauerstoffreduktionsreaktionen. Die Gr??e der Platinpartikel, die auf einem Kohlenstofftr?ger dispergiert werden, wirkt sich direkt auf die katalytische Aktivit?t aus. Kleinere, gut dispergierte Platinpartikel weisen eine gr??ere Oberfl?che und somit eine bessere spezifische Aktivit?t und Protonenumwandlungseffizienz auf als gr??ere Partikel, bei demselben Platingehlat.

Kleinere Partikel k?nnen jedoch bei Verwendung der Brennstoffzelle bei erh?hten Temperaturen aufgrund von Koaleszenz durch Kristallmigration oder Wachstum durch modifizierte Oswald-Reifung gr??er werden, je nach Mikrostruktur der Kohlenstoff-Tr?germatrix. Die Mikrostruktur von Kohlenstoffaggregaten spielt zudem eine wichtige Rolle beim effizienten Ionentransport. Folglich spielen die Platinpartikelgr??e und die Kohlenstoffaggregatgr??e eine wichtige Rolle bei der Optimierung der Katalysatoraktivit?t von Brennstoffzellelektroden.

Wie kann ich die Platinpartikelgröße messen?

Die Messungen der Kristallitgr??e durch R?ntgendiffraktion (XRD) k?nnen zur Sch?tzung der Platinpartikelgr??e verwendet werden. Dies liegt daran, dass bei Metall-Nanopartikeln, die in der Regel zwischen 1 und 10?nm gro? sind, die Kristallitgr??e mit hoher Wahrscheinlichkeit der Partikelgr??e entspricht. Diese Messung l?sst sich mit einem kompakten Diffraktometer wie unserem einfach zu bedienenden Aeris XRD mit hoher Pr?zision durchführen. Insbesondere kann das Aeris-Diffraktometer für die in-situ-Sinterung verwendet werden, um zu ermitteln, wie Platinpartikel sich abh?ngig von der Sintertemperatur vergr?bern, was eine genauere Analyse der Katalysatoraktivit?t in Polymerelektrolytbrennstoffzellen erm?glicht.

Eine weitere Methode zur direkten Messung der Platinpartikelgr??e ist die Kleinwinkel-R?ntgenstreuung (SAXS). Auf unserer Empyrean XRD-Plattform k?nnen entweder die Kleinwinkel-R?ntgenstreuung allein oder die Kleinwinkel-R?ntgenstreuung und R?ntgendiffraktion in Kombination mit in-situ-Sinterung durchgeführt werden, um einen Einblick zu erhalten, wie sich die Platinpartikelgr??e und -vergr?berung auf die Effizienz der Brennstoffzelle auswirken.

Wie kann ich die Größe von Kohlenstoffaggregaten messen?

Die Kohlenstoffpartikel in Brennstoffzellen-Katalysatoren k?nnen zu einer Gr??e von 0,5 bis 5?μm agglomerieren und dabei?ausgepr?gte, l?ngliche Formen annehmen. Die Analyse dieser Formen hilft Brennstoffzellenentwicklern, die Effizienz zu maximieren. Zu diesem Zweck ist die Laserbeugung eine zerst?rungsfreie Methode, um Partikel dieser Gr??en zu messen und die Partikelgr??enverteilung in verschiedenen Proben zu vergleichen. Unser Mastersizer 3000 ist der führende Industriestandard für die Partikelgr??enbestimmung?durch Laserbeugung. Proben k?nnen als Trockenpulver oder dispergiert in Paste gemessen werden.

Eine weitere Methode zur Messung von Kohlenstoffaggregaten ist die dynamische Lichtstreuung (DLS). Bei der DLS wird die Partikelgr??e durch Analyse der Brownschen Bewegung von Partikeln gemessen, die in einer Flüssigkeit dispergiert sind. Gr??ere Partikel driften langsam, w?hrend kleinere Partikel schneller driften. Die DLS ist sehr genau für den Partikelgr??enbereich zwischen 1 und 1000?nm, in dem Partikel aufgrund der Schwerkraft nicht sedimentieren. Unser Zetasizer ist das perfekte Instrument zur Messung der Kohlenstoffaggregatgr??e in Paste per DLS. Der Zetasizer misst nicht nur die Kohlenstoffaggregatgr??e, sondern ebenso das Zetapotenzial, um die Tendenz von Partikeln zur Bildung gro?er Aggregate zu bestimmen.

Wie kann ich die Stabilität von Katalysatortinte messen?

In der Katalysatortinte werden Platinpartikel auf Kohlenstoff als Tr?germaterial zusammen mit Ionomeren in einer Flüssigkeit dispergiert und haben in der Regel eine Oberfl?chenladung. Die Agglomeration dieser Partikel kann zu einer ungleichm??igen Beschichtung?führen, was einen hohen Widerstand beim Ionentransport nach sich zieht. Dies kann analysiert und verhindert werden, indem das Zetapotenzial gemessen wird, das sich auf die Oberfl?chenladung bezieht. Partikel mit hohem Zetapotenzial (über 30?mV) sto?en sich ab und neigen weniger zur Agglomeration, wodurch stabilere Tinten entstehen.?

Der Zetasizer kann neben der Partikelgr??e auch das Zetapotenzial messen. Er eignet sich insbesondere für die Messung elektrisch leitf?higer Proben, z.?B. Katalysatortinte, unter Verwendung einer speziellen Zelle, die hochkonzentrierte Proben misst. Dadurch k?nnen Hersteller stabilere Tinten und so effizientere Brennstoffzellen entwickeln.

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