XRF用于氢燃料电池的质量控制

　　XRF用于氢燃料电池的质量控制

　　在减少碳排放的竞赛中，燃料电池技术发展迅速。锂离子电池技术和氢燃料电池系统都能助力有关减少世界二氧化碳排放的解决方案。

　　所有类型的燃料电池均包括三个基本组成部分：两个电极（负极和正极）以及夹在两个电极之间的电解质。为电动车提供动力的氢燃料电池由于使用质子导电聚合物膜作为电解质，因此被称为聚合物电解质膜（PEM）燃料电池。它们也被称为质子交换膜燃料电池，其电极通常涂有混有铂（Pt）颗粒的导电碳。铂（Pt）是燃料（氢）和氧化剂（氧）持续转化为电能的催化剂。

　　在制造过程中，控制电极表面铂镀层的均匀性以及电极表面的数量或重量至关重要，以确保电池中的有效化学反应，同时最大限度地降低原材料成本和减少成品浪费。

　　在这种情况下，能量分散X射线荧光（EDXRF）光谱法（最简单的元素分析技术之一）可用于快速质量控制，以确保高性能、提高产量并通过减少废物来支持可持续发展。

　　01 氢燃料电池用于更清洁环保的出行

　　理论上，氢燃料电池是理想的零排放能源。只需将燃料-氢（由于氢含量丰富而被归类为可再生能源）和空气输送到电池的电极，电池即可产生电、热和水。电池不排放温室气体，唯一的副产品是水和热量，而该热量可用于一些系统中，使其比单独的发电系统更有效。

　　然而，像锂离子电池仍然需要使用化石燃料来提供充电用电一样，化石燃料的大量能量也常用于生产氢气，这使得它们的整体绿色环保信誉度并不高。幸运的是，其他制氢工艺正在开发中，进一步提高了氢燃料电池的环保信誉度。

　　此外，随着风能和用于发电的生物质能等可再生能源的发展，环保情况正在改善。

　　02 聚合物电解质膜燃料电池（PEM）

　　氢燃料电池技术的主要优势在于它可以在相对较低的温度下使用，并且其电能输出易于变化-这两种情况都是个人车辆使用的必要条件。

　　PEM使用铂作为催化剂，在负极将氢转化为H+和电子（氢氧化反应），并在正极作为氧化还原反应的催化剂，产生与氢离子结合生成水的氧。

　　就铂镀层的质量而言，无论是在膜上的重量还是存在的铁（Fe）颗粒异物方面，其都对燃料电池的运行有重大影响。就铁而言，铁颗粒可通过原材料和工艺设备的磨损，从而进入生产过程。当铁存在于燃料电池中时，铁可与过氧化氢（H₂O₂）反应并形成自由基（芬顿反应）。这种反应会导致电池离子交换膜损坏和燃料电池劣化。

　　 芬顿反应：

　　 Fe²+H₂O₂→Fe³+ HO•+OH-

　　 H₂O₂ + HO• → HO₂• + H₂O

　　常规X射线计算机断层扫描系统需要几个小时才能检测到膜电极组件中的小金属颗粒，并且虽然扫描电子显微镜能检测到粒度小于10μm的颗粒，但其无法“查看”埋藏在样品中的颗粒。