Als u zich afvraagt ​​wanneer een auto op waterstof een haalbare optie voor u wordt, moed scheppen. Een team met wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft mogelijk een belangrijke hindernis voor de productie van waterstofbrandstofcellen overwonnen door een manier te vinden om te controleren of de dure katalysatoren die de cellen nodig hebben, snel en effectief zijn ingebouwd. Verbeterde meetmethoden zijn essentieel om waterstofenergie een stap dichter bij economische massaproductie te brengen.

Waterstofvoertuigen hebben de weg nog niet veroverd zoals elektrische voertuigen dat hebben gedaan, maar het is niet vanwege een gebrek aan efficiëntie of milieuvriendelijkheid. Waterstofgas bevat ongeveer drie keer zoveel energie in massa als fossiele brandstoffen, en het enige bijproduct van een brandstofcel is water. Maar, terwijl het vullen van een brandstoftank met waterstof snel gaat, het bouwen van de motor is niet, althans volgens industriële normen. Een brandstofcel heeft dunne lagen van een op platina gebaseerde katalysator nodig om waterstof om te zetten in elektrische energie, en het ontbrak de industrie aan een efficiënte manier om de eigenschappen van de lagen te evalueren. Dat gebrek is een reden slechts ongeveer 1, Ongeveer een jaar geleden waren er 800 waterstofvoertuigen op de weg, en ze kunnen twee keer zoveel kosten als een conventioneel voertuig.

De katalysator moet eindigen als twee dunne lagen aan weerszijden van een polymeervel dat lijkt op plasticfolie, dus de benadering van de industrie was om de katalysator als inkt te behandelen. Het proces vermengt platinadeeltjes met koolstof om een ​​diepzwarte vloeistof te vormen die er zelfs als inkt uitziet. Vervolgens legt een machine die lijkt op een krantendrukpers het mengsel neer terwijl het vel van een gigantische rol wordt afgerold. Het probleem is dat het platina in deze inkt meer dan $ 35 per gram ($ 1, 000 een ons), dus fabrikanten hebben een manier nodig om ervoor te zorgen dat er net genoeg wordt vastgelegd om de klus te klaren - en niet één dure druppel meer. En het proces moet snel genoeg zijn om brandstofcellen te maken voor duizenden auto's per jaar, wat betekent dat het plastic snel moet rollen.

Het team, waaronder wetenschappers van NIST en de industrie, vonden een antwoord dat voortkwam uit hun ervaring met het meten van kleine objecten voor een heel andere industrie:de fabricage van computerchips. Maar hun gebruikelijke aanpak, gebaseerd op het weerkaatsen van het licht van een laser vanaf een chipoppervlak, vroeg om een ​​heroverweging.

"We hebben expertise in optische methoden voor het meten van kenmerken kleiner dan 10 nanometer op chips, en de platinadeeltjes zijn op dezelfde schaal, " zei NIST natuurkundige Michael Stocker. "We wisten in wezen wat we aan het doen waren, maar chips vliegen niet voorbij met 30 meter (ongeveer 100 voet) per minuut, dus er was een snelheidsuitdaging. Plus, je kijkt naar iets dat zwart is, dus we hadden niet veel gereflecteerd licht om te meten."

Na deze uitdaging aan te pakken door middel van onderzoek en ontwikkeling, het team bouwde een nieuw instrument met behulp van kant-en-klare technologie die de lage lichtniveaus kan detecteren die worden gereflecteerd door de kleine platinadeeltjes terwijl de plaat met een meter of twee per minuut voorbij beweegt.

Stocker zei dat er geen fundamentele belemmeringen zijn om de methode op te schalen of de snelheid te verhogen om aan de toekomstige behoeften van de industrie te voldoen. Bijvoorbeeld, een fabrikant zou een rij van deze instrumenten kunnen rangschikken om een ​​meter breed vel te scannen, waarbij elk probleemplekken in een bepaalde sectie identificeert. Hoewel de methode waarschijnlijk moet worden gecombineerd met andere technieken zoals röntgenfluorescentie om een ​​complete oplossing te vormen, Stocker zei dat het fabrikanten van brandstofcellen op een goede plek achterlaat.

"Vanaf dit punt is het allemaal gewoon optische techniek, "zei hij. "De industrie kan het vanaf hier overnemen."