氢能/燃料电池检测

燃料电池具有高能效、高功率密度、低工作温度和出色的耐久性。而可以直接将氢燃料转化为电能的聚合物电解质膜燃料电池在内燃机的替代品种具有很高的优势。膜电极组件构成了燃料电池的核心，通常由阳极和阴极催化剂层、聚合物电解质膜和气体扩散层组成。催化剂作为包覆膜的活性成分，形成了聚合物电解质膜燃料电池的核心。为了获得燃料电池的最佳性能，获得合适催化剂层的结构和功能性是至关重要的。

燃料电池催化剂油墨通常是分散在液体中的，最终催化剂油墨作为涂层敷在基底或者膜上。阴极催化层中的Pt/C催化剂粉末分散在含有溶剂（混合物）和离聚物的连续相中。喷墨打印相对于传统的超声波喷涂、刮涂、辊涂等方式具有一定的技术优势，被成功地应用于制造燃料电池。所以在这个过程中催化剂油墨的稳定性变得至关重要，碳材料本身有很高的团聚倾向，分散不良的油墨会导致聚集和团聚体的形成，在快速干燥过程中导致无序的、控制不良的层，同时团聚体往往会导致喷嘴的堵塞。

样品配置方法

·       第一种油墨：使用磁力搅拌器在500rpm下混合24h (样品MS)。

·       第二种油墨：使用超声波浴混合30min(样品UB)。

·       第三种油墨：通过30min超声浴，然后10min探针超声，振幅为20%(样品UB+S20）。

·       第四种油墨：通过30min超声浴，然后10min探针超声，振幅为70%(样品UB+S70）。

稳定性测试

采用波长为870nm的光源，转子转速为4000rpm(2300g)。每次测量包括333个透光率曲线（指纹图），每175秒记录一次。总测试时间为16h。第一个指纹图为紫色，最后一个指纹图为黄色。 

分析与结论

由上图得知，对于样品MS，当样品管填充高度上的透光率为85%时，表明样品MS已经发生了全部沉降。其它谱线彼此非常接近，即在沉降实验的早期开始和接近尾声时，后续曲线之间的距离都非常窄。这就导致了线条形成了紧凑的紫色和靛蓝的片段（实验的开始阶段），以及绿色和黄色的片段（实验的结束阶段）。

此外，在指纹图中也观察到典型的阶梯图案，这可能是因为碳有形成大团块和絮状物的倾向，并以不同的速度沉降，导致明显的阶梯的形成。

设备介绍

德国LUM，LUMiSizer

原理：使用STEP(Space-Time Extinction Profiles)技术，将装好样品的样品管置于平行的单色短脉冲光束中，通过CCD检测器实时监测穿过样品后透光率变化。得到不同时间，不同位置下样品透光率谱图，从而分析样品在分离过程中的变化。采用加速离心的方式能够物理加速样品，直接且有效测试样品稳定性。最快可实现2300倍重力加速度。无需稀释或知道样品成份，只需要放入样品就可观察整个样品的指纹图谱，可分析样品不稳定的原因（如：分层、沉降或絮凝），并得知稳定性排序。同一时间可最多测试12个样品，此外，可实现4~60℃范围内温控，适用范围广且省时省力。

应用：用于分析整体稳定性（包括不稳定性指数、指纹图谱、迁移速率、界面追踪，预估有效期等），判断配方及工艺制备后体系稳定性是否符合预期要求。在研发阶段，快速分析不同配方稳定性，可加速筛选及优化配方体系，加快研发进度。而在生产阶段，成品稳定性则与量产直接关联，如稳定性差，对大规模量产而言是非常大的挑战。此外，物理加速及温控可有效预估长期稳定性。