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            馬爾文帕納科

            【熱點應(yīng)用】XRF在燃料電池膜電極中的應(yīng)用

            時間:2022-7-18 閱讀:1156
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            熱點應(yīng)用 - 燃料電池膜電極催化元素分析


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            膜電極催化元素含量分析

            對燃料電池性能的影響


            質(zhì)子交換膜燃料電池中常用超細鉑(Pt)作為膜電極的催化活性中心,其中鉑(Pt)的含量直接影響電極的電催化性能和電池成本。因而,如何高效準確的對Pt的擔載量進行測定,對于降低電池成本和評價電極性能有切實的工作價值。



            01

            XRF技術(shù)應(yīng)用于膜電極催化元素分析


            目前來說,Pt的擔載量大都是通過電極制備過程中加入的物料量或是電化學(xué)的循環(huán)伏安法中氫(H)的脫附峰面積來間接計算獲得的。但是由于工藝過程和反應(yīng)機理的復(fù)雜性,這兩種測試方法一方面由于其間接計算的特性使其與實際數(shù)值存在差距,另一方面也難以應(yīng)用于生產(chǎn)過程中復(fù)雜的質(zhì)量控制。


            XRF作為一種快速且無損的物理分析方法,通過簡單的校準即可獲得可靠的Pt擔載量信息,且不需要類似于其他光譜分析或者電化學(xué)分析方法一樣復(fù)雜、易引入誤差的前處理步驟,XRF技術(shù)也是一種可以實現(xiàn)膜電極生產(chǎn)線直接在線監(jiān)控Pt擔載量的分析技術(shù)。因此,在2020年發(fā)布的《T/CAAMTB 12 膜電極測試方法》標準中,XRF法被認為為Pt擔載量標準測試方法。


            對于XRF來說,Pt含量分析并不是一個陌生的應(yīng)用。


            在新能源汽車成為口口相傳的朝陽產(chǎn)業(yè)的同時,同樣出于環(huán)境保護的目的,中國機動車市場上符合國4、國5、國6燃油排放標準接踵而至。負載了昂貴的鉑、鈀、銠的三元催化劑被用于轉(zhuǎn)化汽車尾氣中的有害氣體以滿足不斷升級的標準要求。


            對于如此昂貴的原材料,其生產(chǎn)控制和回收中離不開XRF的身影。特別是對于復(fù)雜的催化劑回收來說,由于難以追溯其生產(chǎn)工藝,樣品多變、復(fù)雜的基體和寬泛的濃度范圍對于傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析來說,無疑是一個極大的挑戰(zhàn),而XRF分析技術(shù)卻可以通過巧妙的校準,實現(xiàn)高度準確性和廣泛適用性的兩者兼得。


            02

            馬爾文帕納科XRF三元催化劑分析案例


            下圖中展示了馬爾文帕納科XRF光譜儀對回收三元催化劑進行表征的工作曲線例圖,有證物質(zhì)比對結(jié)果列入下表。


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            03

            馬爾文帕納科XRF質(zhì)子交換膜分析應(yīng)用


            相對于回收催化劑的復(fù)雜基體,質(zhì)子交換膜中的Pt擔載量分析具有基體簡單易校準的優(yōu)勢。根據(jù)Pt的信號能量特點,同樣可以得知質(zhì)子交換膜中常見的Pt擔載量的信號強度相對于回收催化劑要高一個數(shù)量級以上,因而常見的XRF均可以滿足Pt擔載量的分析靈敏度要求。


            在不同的應(yīng)用場景下,手持式XRF、臺式XRF和集成式XRF可以滿足不同的使用需要。


            得益于公司七十多年的X射線分析儀器技術(shù)積累,馬爾文帕納科為多變且高精度的Pt擔載量分析需求提供了集成化的解決方案。Epsilon1臺式XRF能譜一體機不僅可以在沒有標準物質(zhì)的情況下對不同配方的交換膜進行校準和分析,而且可以在極短時間內(nèi)給出高精度的分析結(jié)果,典型分析精度如下表所示。


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               Epsilon 1

               臺式 XRF 能譜一體機

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            Epsilon1的典型Pt擔載量分析精度



            04

            在線分析實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時監(jiān)控


            針對生產(chǎn)過程控制中對于電極片的實時檢測需求,馬爾文帕納科也推出了針對膜電池行業(yè)的在線分析產(chǎn)品,其不僅可以實現(xiàn)接近于離線實驗室分析的動態(tài)分析精度,而且其流動測量特性可以極大的縮減測量間隔,目前已實現(xiàn)部分高速流水線上的電極片分片采樣與測量。


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            微觀世界大有可為

            We're BIG on small!



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            關(guān)于馬爾文帕納科

            馬爾文帕納科的使命是通過對材料進行化學(xué)、物性和結(jié)構(gòu)分析,打造出更優(yōu)的客戶導(dǎo)向型創(chuàng)新解決方案和服務(wù),從而提高效率和產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。通過利用包括人工智能和預(yù)測分析在內(nèi)的最近技術(shù)發(fā)展,我們能夠逐步實現(xiàn)這一目標。這將讓各個行業(yè)和組織的科學(xué)家和工程師可解決一系列難題,如很大程度地提高生產(chǎn)率、開發(fā)更高質(zhì)量的產(chǎn)品,并縮短產(chǎn)品上市時間。


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