Kõigepealt uurige töötavat kütuseelementi

Uus meetod muudab vee voolu nähtavaks

Neutronitega valgustatud kütuseelemendi tomogramm. Horisontaalsete kanalite kaudu voolab lahtris toodetud vesi välja. Tumedamates kanalites on vesi. © HMI
ettelugemist

Nüüd on Saksa teadlased teinud ainulaadse ülevaate kütuseelementide sisemistest protsessidest. Oma hiljuti välja töötatud meetoditega saavad nad otse jälgida, kuidas vesi kütuseelemendis tekib ja ära voolab. Need pildid aitavad mõista kütuseelementide "veemajandust" ja optimeerida seeläbi elemente.

{1l}

Kütuseelemendid genereerivad elektrivoolu "kontrollitud paugu-gaasi reaktsioonis" - vesinik ja hapnik ühendavad vett, kuid energiat ei eraldata paugu, vaid kasutatava elektrina. Selleks, et rakk töötaks võimalikult optimaalselt, peab see sisaldama täpselt parajas koguses vett, sest liiga palju vett ummistab kanaleid, mille kaudu vesinik ja hapnik voolab; liiga vähe vett põhjustab raku kuivamist. Mõlemad kahjustavad kütuseelementi: võimsus väheneb ja element läheb kergemini rikki.

Siiani on kütuseelementide arendajad, kes soovisid veetransporti jälgida, tugineda teoreetilistele arvutustele või katsetele läbipaistvate komponentidega elementidega. Kütuseelemendis on protsessid siiski nii keerulised, et saate ainult mittetäielikku teavet. Berliini Hahn Meitneri Instituudi (HMI) ning Ulmi päikeseenergia ja vesiniku uuringute keskuse (ZSW) teadlased on saanud uusi teadmisi ainult kahe meetodi abil. Nende järeldusi tutvustati ajakirjas Applied Physics Letters.

Sünkrotroni talad muudavad tilgad nähtavaks

Teadlased said oma töös kasu sünkrotroni kiirguse ja neutronkiirte erilistest omadustest, mida toodetakse vaid vähestes kohtades kogu maailmas. Sünkrotoonid on sarnased tavaliste röntgenkiirtega, kuid palju intensiivsemad ja nende omadusi saab kohandada eksperimendi tingimustega. Nende abiga saate üksikasjalikke fluoroskoopilisi pilte massiivsetest objektidest. kuva

Sünkrotroni talad toodetakse Berliini sünkrotronkiirguse allikas BESSY Berliinis-Adlershofis. Siin liiguvad elektronid peaaegu valguse kiirusel ringjoonel, mille läbimõõt on 280 meetrit, ja kiirgavad kiirgust, mis - nagu lihvketta peal olevad sädemed - liigub tangentsiaalselt hoiustusrõngast. Selle meetodi abil jälgisid Ingo Manke (HMI) ja Christoph Hartnig (ZSW) esimestena, kuidas kütuseelemendis tekivad üksikud veepiisad.

Neutronid annavad 3D-pildi

Neutronomomograafia võimaldab omakorda näidata vee jaotust kogu kütuseelemendis kolmemõõtmeliselt. Nendes

Teadlased kasutavad katseid, mis näitavad, et neutronid on metallidele praktiliselt läbipaistvad. Vesinikku sisaldavad ained nõrgestavad aga tugevalt neutronkiirt. See muudab vee metalli tagant selgelt nähtavaks.

Vee kolmemõõtmelise pildi loomiseks pidid teadlased pommitama kütuseelementi mitmesaja suuna neutronitega, et arvutiprogramm saaks kahemõõtmeliste piltide põhjal arvutada kolmemõõtmelise veejaotuse. Selleks on Ingo Manke ja Christoph Hartnig välja töötanud protseduuri, mis võimaldab vee jaotust rakus hoida mitu tundi muutumatuna. Neutronikatsed viidi läbi Berliini-Wannsee Hahn-Meitner-Instituudi uurimisreaktoris.

Föderaalne haridus- ja teadusministeerium (BMBF) teatas hiljuti, et jätkab projekti rahastamist, mida jätkavad HMI ja ZSW koos nelja teise partneriga, kahe miljoni euroga.

(Hahn-Meitner-Institut Berliin, 27.08.2007 - MTÜ)