Beschrijving
Wat is PEMFC
De proton uitwisseling membraan brandstofcel (PEMFC) is een van de elegantste types brandstofcellen, die gevoed wordt met waterstof, dat geoxideerd wordt aan de anode, en zuurstof, dat gereduceerd wordt aan de kathode. De protonen die vrijkomen bij de oxidatie van waterstof worden door het proton uitwisseling membraan naar de kathode geleid.
Het meest gebruikte protonmembraan is een polymeermembraan met polytetrafluorethyleen (PTFE) als skelet en heeft hydrofobe eigenschappen.
Op de PTFE-takketen bevindt zich een sulfonzuurbasegroep (SO3-H+) en H+ kan worden afgescheiden en terug geadsorbeerd. Dit protonmembraan wordt ook wel perfluorsulfonzuur protonuitwisselingsmembraan genoemd.
Welke elementen zijn met name van belang：
– Platina
– Iridium (alternatief Pt）
Toepassing
PEM-fabrikanten werken vaak met inline analyse van Pt en Ir. De Hitachi High Tech X-MET8000 serie kan worden gebruikt als draagbaar instrument. Of als onderdeel van een inline oplossing met behulp van de XAPI-functie, waardoor de analyser te integreren is in een geautomatiseerd systeem of manipulator. Groot voordeel is deze analyser zowel handmatig nabij het proces monsters kan meten,, waarbij het gewicht van het edelmetaal coating op de PEM-monsters kan worden bevestigd en zodoende de coating te testen op homogeniteit. De X-MET8000 PEM analyser kan zowel als in-line testapparatuur worden gebruikt of als handheld apparaat als back-up of voor R&D-doeleinden. Handheld apparaten zijn hierdoor flexibeler dan de online testapparatuur.
De X-MET8000 heeft een customized empirische kalibratiepakket voor PEMFC applicatie en met de inbegrepen intuïtieve software, kunnen zelf standaarden, controle monsters of nieuwe ijklijnen worden gemaakt.
Alle soorten brandstofcellen bestaan uit drie basiscomponenten: twee elektroden (anode en kathode) en een elektrolyt dat ertussen zit. Waterstofbrandstofcellen die worden gebruikt om elektrische voertuigen van energie te voorzien, worden PEM-brandstofcellen (Polymer Electrolyte Membrane) genoemd omdat ze een protongeleidend polymeermembraan als elektrolyt gebruiken. Ze staan ook bekend als protonuitwisselingsmembraanbrandstofcellen, waarbij de elektroden meestal zijn bekleed met geleidende koolstof gemengd met platina (Pt)-deeltjes. Pt werkt als een katalysator voor de continue omzetting van brandstof (waterstof) en oxidant (zuurstof) in elektriciteit.
Tijdens het fabricageproces is het van cruciaal belang om de uniformiteit van de Pt-coating en de hoeveelheid of het gewicht op het oppervlak van de elektrode te controleren om efficiënte chemische reacties in de cel te garanderen en tegelijkertijd de grondstofkosten en het afval van het eindproduct te minimaliseren.
Waterstofcellen voor schonere mobiliteit
Op papier zijn waterstofbrandstofcellen de perfecte emissievrije energiebron. Je voert gewoon de brandstof – waterstof (dat wordt geclassificeerd als een hernieuwbare energiebron omdat het zo overvloedig aanwezig is) en lucht naar de elektroden van de cel en de cel produceert elektriciteit, warmte en water.Er worden geen broeikasgassen uitgestoten door de cellen en de enige bijproducten zijn water en warmte, en je kunt de warmte in sommige systemen gebruiken, waardoor ze nog efficiënter zijn dan systemen die alleen elektriciteit produceren.
Maar net als bij de lithium-ion batterij, waar nog steeds fossiele brandstoffen nodig zijn om de elektriciteit voor het opladen te leveren, worden er ook vaak grote hoeveelheden energie uit fossiele brandstoffen gebruikt om waterstof te produceren, waardoor hun algehele groene geloofsbrieven minder positief zijn.Gelukkig worden er andere waterstofproductieprocessen ontwikkeld, waardoor de milieuverdiensten van waterstofbrandstofcellen nog beter worden.En met de ontwikkelingen op het gebied van hernieuwbare energie, zoals windenergie en biomassa voor het opwekken van elektriciteit, verbetert de situatie.Polymeer elektrolyt membraan brandstofcellen (PEM’s)
Het belangrijkste voordeel van waterstof-brandstofceltechnologie is dat deze kan worden gebruikt bij relatief lage temperaturen en dat de output gemakkelijk kan worden gevarieerd – beide noodzakelijke voorwaarden voor persoonlijk autogebruik.
PEM’s gebruiken platina als katalysator om de waterstof om te zetten in H+ plus een elektron (waterstofoxidatiereactie) aan de anode, en als katalysator voor de oxidatiereductiereactie aan de kathode die de zuurstof genereert die klaar is om te worden gecombineerd met de waterstofionen om water te produceren.
De kwaliteit van de Pt-coating, zowel wat betreft het gewicht op de film als de aanwezigheid van verontreinigingen door ijzer(Fe)-deeltjes, heeft een grote invloed op de werking van de brandstofcel. In het geval van ijzer kunnen deeltjes het productieproces binnenkomen via grondstoffen en slijtage van procesapparatuur.
Wanneer ijzer in de brandstofcel aanwezig is, kan het reageren met waterstofperoxide (H2O2) en vrije radicalen vormen (Fentonreactie). Deze reactie kan leiden tot beschadiging van het ionenuitwisselingsmembraan van de cel en de achteruitgang van de brandstofcel.
Fentonreactie: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO. + OH-
H2O2 + HO. → HO2. + H2O
Conventionele röntgen-computertomografiesystemen hebben meerdere uren nodig om kleine metaaldeeltjes in membraanelektrode-samenstellingen te detecteren, en hoewel scanningelektronenmicroscopie deeltjes kleiner dan 10 µm kan detecteren, “ziet” het geen deeltjes in het monster.
We hebben een nieuwe deeltjesinspectietechnologie ontwikkeld die metaalverontreinigingen tot 30 µm detecteert en analyseert in slechts 15 minuten, waardoor de verwerkingscapaciteit van de tests enorm toeneemt. Dezelfde technologie kan ook de Pt-distributie op het membraan bepalen.
