NIST finder en måde at måle brændselscelleudskrivning ved et hurtigt klip

Hvis du undrer dig over, hvornår en brintdrevet bil bliver en levedygtig mulighed for dig, tage hjerte. Et team, der inkluderer forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST), har muligvis overvundet en betydelig hindring for fremstilling af brintbrændstofceller ved at skabe en måde at kontrollere, om de dyre katalysatorer, cellerne har brug for, er blevet inkorporeret hurtigt og effektivt. Forbedrede målemetoder er nøglen til at bringe brintkraft et skridt tættere på økonomisk masseproduktion.

Brintkøretøjer har ikke erobret vejen, som elektriske endnu har, men det er ikke på grund af manglende effektivitet eller miljøvenlighed. Hydrogengas indeholder omkring tre gange så meget energi i masse som fossile brændstoffer gør, og en brændselscelles eneste biprodukt er vand. Men, mens det er hurtigt at fylde en brændstoftank med brint at bygge motor er ikke, i hvert fald efter industrielle standarder. En brændselscelle kræver tynde lag af en platinbaseret katalysator for at omdanne brint til elektrisk energi, og industrien har manglet en effektiv måde at vurdere lagernes egenskaber på. Den mangel er kun en grund til omkring 1, 800 brintkøretøjer var på vej for et år siden, og de kan koste dobbelt så meget som et konventionelt køretøj.

Katalysatoren skal ende som to tynde lag på hver side af et polymerark, der ligner plastfolie, så branchens tilgang har været at behandle katalysatoren som blæk. Processen blander platinpartikler med kulstof for at danne en dyb sort væske, der endda ser blæklignende ud. Derefter lægger en maskine, der ligner en avisprinter, blandingen, når arket ruller ud af en kæmpe rulle. Problemet er, at platin i dette blæk koster op til $ 35 pr. Gram ($ 1, 000 ounce), så producenter har brug for en måde at sikre, at der er fastsat nok nok til at få arbejdet udført - og ikke en dyr dråbe mere. Og processen skal være hurtig nok til at lave brændselsceller til tusinder af biler om året, hvilket betyder, at plasten skal rulle hurtigt.

Holdet, som omfattede forskere fra NIST og industrien, fandt et svar, der stammer fra deres erfaring med at måle små objekter til en helt anden industri:fremstilling af computerchips. Men deres sædvanlige tilgang, baseret på at reflektere en lasers lys fra en chipoverflade, krævede en nytænkning.

"Vi har ekspertise i optiske metoder til måling af funktioner mindre end 10 nanometer på chips, og platinpartiklerne er i samme skala, "sagde NIST -fysikeren Michael Stocker." Vi vidste grundlæggende, hvad vi lavede, men chips flyver ikke forbi med 30 meter (ca. 100 fod) i minuttet, så der var en hastighedsudfordring. Plus, du ser på noget, der er sort, så vi havde ikke meget reflekteret lys at måle. "

Efter at have taget fat på denne udfordring gennem forskning og udvikling, holdet byggede et nyt instrument ved hjælp af hylde teknologi, der kan registrere de lave lysniveauer, der reflekteres fra de små platinpartikler, når arket bevæger sig forbi med en meter eller to i minuttet.

Stocker sagde, at der ikke er nogen grundlæggende barrierer for at skalere metoden eller øge hastigheden for at imødekomme branchens fremtidige behov. For eksempel, en producent kunne sammensætte en række af disse instrumenter for at scanne et meter bredt ark, med hver enkelt identifikation af problemer i et bestemt afsnit. Selvom metoden sandsynligvis skulle kombineres med andre teknikker såsom røntgenfluorescens for at danne en komplet løsning, Stocker sagde, at det efterlader brændselscelleproducenter et godt sted.

"Det hele er bare optisk teknik fra dette tidspunkt og frem, "sagde han." Industrien kan tage det herfra. "