电子显微镜与氢能技术的探索

高效、清洁和可持续是能源变革不变的主题，而这与赛默飞帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全的使命相契合。从目前来看，氢能无疑是最具希望的下一代能源载体，它具有高热值、零排放、储量丰富的特点。但由于其化学特性，氢能的制取、储存和使用存在很多难题，主要体现在需要使用昂贵的材料来确保过程的安全性。

在氢能的制取和使用中，PEM（质子交换膜）无疑是最具潜力的技术路线。它可以让电解水制氢的过程更加清洁和高效，也可以让氢和氧在不燃烧的条件下产生电能，产物仅仅是纯净的水。但材料成本是制约这一技术被广泛应用的主要因素，因为其包含昂贵的贵金属纳米颗粒催化剂、具有特殊成分和结构的高分子质子交换膜、有利于气体扩散的纤维结构以及耐腐蚀的电流导出极板。

为了研制性能更好、成本更低的PEM膜电极（MEA）材料，科研人员需要先进的表征手段来帮他们从微观尺度上理解材料的性质和变化。赛默飞拥有完整、高性能的电子显微镜产品家族，包含扫描电镜、透射电镜、聚焦离子束电镜以及表面分析仪器。我们相信，借助赛默飞的产品和服务，科研人员们可以加速他们制氢和燃料电池技术和材料的研发进程，推进PEM在氢能领域的普及。

MEA是个多层结构，科研人员需要了解清晰的截面结构以了解机理、改进燃料电池工艺。在MEA样本制备时，由于每一层的硬度差异很大，用简单的机械切割或离子切割都无法得到平整的截面，这让MEA截面观察变得困难，也影响了后续的MEA分析。我们利用先进的CleanMill氩离子切割系统，结合冷冻技术，获得了平整、干净的MEA截面，并拍摄到了清晰的分层结构，大幅降低了MEA分析难度，这对于提高电解水制氢技术和燃料电池的整体性能至关重要。

Pt颗粒的数量、粒径分布、与碳基体的结合形式会显著影响催化剂的催化效率。由于颗粒的粒径往往只有几个纳米，所以必须使用20万倍以上的放大倍率才可以看清它们；而其数量又比较庞大，必须借助软件来进行自动统计。

在理想状况下，Pt颗粒应该被部分包埋于C载体上，这样它们才可以接触反应气体并不会从载体上脱落。电子显微镜可以帮助科研工作者来观察和统计Pt颗粒有多少处于这种理想位置，从而改进制氢和燃料电池技术工艺并研究反应机理。

离聚物在PEM燃料电池体系中担负着传输电子的任务，所以我们希望它能够均匀地分布于催化剂与载体之间，带来最小的内阻，从而让整个燃料电池系统的效率得到提升。但离聚物是一种密度非常低的聚合物，在电镜下难以形成有效的衬度，这让它的观察具有挑战性。科研人员希望能够准确看到离聚物的分布，用来优化工艺，提升燃料电池性能。

在电解水制氢装置和燃料电池中，PEM中GDL的结构对氢气和氧气的传输至关重要。GDL一般是纤维材料，其三维形貌和分布是研究者所感兴趣的。

Workflow：Helios 5 FIB + Avizo 3D

PEM体系下的氧化和还原反应会让化学环境变成酸性，所以燃料电池的双极板会被腐蚀，从而影响器件的耐久性。为了优化制氢技术和提升燃料电池的性能，研究者需要利用电子显微镜对腐蚀状况进行评估，从而寻找最适合做双极板的材料。

Workflow：Axia ChemiSEM + Apreo ChemiSEM