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熱點(diǎn)應(yīng)用 - 燃料電池膜電極催化元素分析
膜電極催化元素含量分析
對(duì)燃料電池性能的影響
質(zhì)子交換膜燃料電池中常用超細(xì)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(zhǔn)確的對(duì)Pt的擔(dān)載量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)于降低電池成本和評(píng)價(jià)電極性能有切實(shí)的工作價(jià)值。
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目前來(lái)說(shuō)，Pt的擔(dān)載量大都是通過(guò)電極制備過(guò)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(lái)間接計(jì)算獲得的。但是由于工藝過(guò)程和反應(yīng)機(jī)理的復(fù)雜性，這兩種測(cè)試方法一方面由于其間接計(jì)算的特性使其與實(shí)際數(shù)值存在差距，另一方面也難以應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)雜的質(zhì)量控制。
XRF作為一種快速且無(wú)損的物理分析方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)即可獲得可靠的Pt擔(dān)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)也是唯一一種可以實(shí)現(xiàn)膜電極生產(chǎn)線直接在線監(jiān)控Pt擔(dān)載量的分析技術(shù)。因此，在2020年發(fā)布的《T/CAAMTB 12 膜電極測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)中，XRF法被指定為Pt擔(dān)載量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。
對(duì)于XRF來(lái)說(shuō)，Pt含量分析并不是一個(gè)陌生的應(yīng)用。
在新能源汽車成為口口相傳的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，同樣出于環(huán)境保護(hù)的目的，中國(guó)機(jī)動(dòng)車市場(chǎng)上符合國(guó)4、國(guó)5、國(guó)6燃油排放標(biāo)準(zhǔn)接踵而至。負(fù)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(jí)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
對(duì)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(duì)于復(fù)雜的催化劑回收來(lái)說(shuō)，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(duì)于傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，而XRF分析技術(shù)卻可以通過(guò)巧妙的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)極佳準(zhǔn)確性和廣泛適用性的兩者兼得。
02
下圖中展示了馬爾文帕納科XRF光譜儀對(duì)回收三元催化劑進(jìn)行表征的工作曲線例圖，有證物質(zhì)比對(duì)結(jié)果列入下表。
03
相對(duì)于回收催化劑的復(fù)雜基體，質(zhì)子交換膜中的Pt擔(dān)載量分析具有基體簡(jiǎn)單易校準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)Pt的信號(hào)能量特點(diǎn)，同樣可以得知質(zhì)子交換膜中常見的Pt擔(dān)載量的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于回收催化劑要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因而常見的XRF均可以滿足Pt擔(dān)載量的分析靈敏度要求。
在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，手持式XRF、臺(tái)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(dān)載量分析需求提供了集成化的解決方案。Epsilon1臺(tái)式XRF能譜一體機(jī)不僅可以在沒有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的情況下對(duì)不同配方的交換膜進(jìn)行校準(zhǔn)和分析，而且可以在極短時(shí)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。
Epsilon 1
臺(tái)式 XRF 能譜一體機(jī)
Epsilon1的典型Pt擔(dān)載量分析精度
04
針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制中對(duì)于電極片的實(shí)時(shí)檢測(cè)需求，馬爾文帕納科也推出了針對(duì)膜電池行業(yè)的在線分析產(chǎn)品，其不僅可以實(shí)現(xiàn)接近于離線實(shí)驗(yàn)室分析的動(dòng)態(tài)分析精度，而且其流動(dòng)測(cè)量特性可以極大的縮減測(cè)量間隔，目前已實(shí)現(xiàn)部分高速流水線上的電極片分片采樣與測(cè)量。
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(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)、物性和結(jié)構(gòu)分析，打造出更勝一籌的客戶導(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(jì)效益。通過(guò)利用包括人工智能和預(yù)測(cè)分析在內(nèi)的最近技術(shù)發(fā)展，我們能夠逐步實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這將讓各個(gè)行業(yè)和組織的科學(xué)家和工程師可解決一系列難題，如最大程度地提高生產(chǎn)率、開發(fā)更高質(zhì)量的產(chǎn)品，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
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