Las sustancias que contienen hidrógeno son importantes para muchas industrias, pero los científicos han luchado para obtener imágenes detalladas para comprender el comportamiento del elemento. Revisión de instrumentos científicos , de AIP Publishing, los investigadores demuestran la cuantificación del hidrógeno para diferentes estados del agua, es decir, líquido, congelado y sobreenfriado, para aplicaciones en celdas de combustible ecológicas.
"Nuestro método no se limita a las celdas de combustible o al agua. Hay muchos compuestos en las industrias químicas, incluyendo electroquímica, electrolitos para baterías o celdas de flujo redox, que también contienen hidrógeno", dijo el líder del equipo Pierre Boillat, de PaulInstituto Scherrer en Suiza.
Cuando el agua pura se enfría por debajo de cero grados Celsius, no siempre forma hielo, pero puede permanecer en una forma líquida conocida como agua sobreenfriada. Este fenómeno ocurre en cierta medida en las celdas de combustible de electrolitos poliméricos, y como la congelación y el volumen posteriorse sabe que la expansión del agua induce daños, hay interés en comprender estos estados del agua.
El equipo suizo utilizó haces de neutrones para examinar el interior de una celda de calibración con paredes de aluminio. Los neutrones rebotaban en el hidrógeno de las moléculas de H2O en un patrón detectable, como la forma en que se usan los rayos X para obtener imágenes de los huesos. El equipo de Boillat demostró previamente queLas diferentes secciones transversales de hielo y agua sobreenfriada a energías de neutrones más bajas podrían usarse para propósitos de imágenes. Han refinado el proceso para producir imágenes con un contraste sin precedentes.
"Desarrollamos un método que utiliza un ciclo de alto rendimiento de pulsos repetitivos que son muy amplios, proporcionando un flujo de haz mucho más fuerte, para que podamos medir más rápido y con mejor calidad de imagen", dijo Boillat, describiendo el llamado altode ciclo de trabajo, medidas de tiempo de vuelo, que su equipo implementó en la línea de luz de la configuración de prueba de la Fuente de Espalación Europea ubicada en Helmholtz Zentrum Berlin en Alemania.
El autor Muriel Siegwart explicó que el aumento en la velocidad de medición, de cinco horas a cinco minutos, fue crítico para seguir el progreso de una reacción. Espera aumentar aún más la velocidad, para que puedan rastrear la formación de hielo y el daño posterior dentro de las celdas de combustible.
Boillat destacó cómo las colaboraciones intercontinentales del equipo fueron críticas para confirmar los hallazgos experimentales. Esto incluyó colaboraciones con expertos en detectores de neutrones en la Universidad de California, Berkeley y expertos en simulación teórica en el Departamento de Física de Neutrones y el Instituto Balseiro en Bariloche, Argentina.
"Observamos cierto impacto de la temperatura en las mediciones, pero no estábamos seguros de si esto era una forma de sesgo experimental. Coincidía perfectamente con los modelos teóricos que demuestran que esto era un efecto real", dijo Boillat.
El equipo de Boillat también fue uno de los primeros en utilizar experimentalmente el sistema chopper multiplicador de trama de longitud de onda, una técnica de mejora que se incluirá en varios instrumentos en la instalación de European Spallation Source en construcción en Suecia. Aprovechando los datos de referencia obtenidos con este método, elEl equipo desarrolló un marco teórico que optimiza la relación de contraste a ruido en las imágenes adquiridas. El equipo está aplicando este marco al análisis de las baterías de iones de litio.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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