燃料电池通过柔和的 X 射线揭示亚磷酸的氧化过程

高温质子交换膜燃料电池中亚磷酸和铂催化剂之间的相互作用比之前假设的更为复杂。 BESSY II 上使用柔和 X 射线的实验已经解码了铂-电解质界面处的多重氧化过程。结果表明，湿度的变化可以影响其中一些过程，以延长燃料电池的寿命和效率。

氢燃料电池通过氢燃料和氧化剂(氧气)的单独反应将氢的化学能转化为电能。在氢燃料电池中，高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)对于微型固定电源很有吸引力。这些HT-PEMFC的一个缺点是磷酸(H 3 PO 4 )质子导体从H 3 PO 4掺杂的聚苯并咪唑膜中浸出并使铂催化剂中毒。

最近的研究表明，HT-PEMFC 运行过程中会出现更多的并发症，其中一些 H 3 PO 4可能会被还原为 H 3 PO 3，这可能会进一步毒害铂催化剂，导致性能显着下降。

Marcus Bär 教授团队的一项早期研究表明，在 Pt 和 H 3 PO 3水溶液之间的界面处也会发生相反的过程，并且铂催化剂和 H 3 PO 3 /H 3 PO 4之间的相互作用非常明显。络合物：虽然H 3 PO 3会导致铂催化剂中毒，但同时铂可能会催化H 3 PO 3氧化回H 3 PO 4。

真实条件下的实验

为了研究 H 3 PO 3水溶液在接近 HT-PEMFC 工作条件下的氧化行为，Bär 团队现在使用内部设计的可加热电化学电池来分析化学过程，该电化学电池适用于原位招标 X 射线研究OÆSE 终端站最近在柏林能源材料现场实验室 (EMIL) 设立。

他们使用由 X 射线源 BESSY II 处的 EMIL 光束线提供的弱 X 射线能量范围 (2 keV–5 keV) 的强 X 射线光。在此能量范围内，P K 边缘的 X 射线吸收近边结构光谱 (XANES) 用于监测从 H 3 PO 3到 H 3 PO 4的氧化过程。

研究了不同的氧化反应

“因此，我们发现了这种氧化反应的不同过程，包括铂催化的化学氧化、铂电极正电势偏压下的电化学氧化以及热促进氧化。这些原位光谱结果也得到了离子交换色谱和离子交换色谱的证实。原位电化学表征，”该研究的第一作者、博士生 Enggar Wibowo 解释道。 Bär 团队的候选人。

“值得注意的是，所有这些氧化途径都涉及与水的反应，这表明燃料电池内的湿度对这些过程有重大影响。”

此外，结果还表明HT-PEM燃料电池的操作条件可能得到改善，例如通过控制加湿以将H 3 PO 3氧化回H 3 PO 4。

Wibowo 指出：“可以对 HT-PEMFC 的运行条件进行相应调整，以防止 H 3 PO 3引起的催化剂中毒并提高这些燃料电池的效率。”

“这项工作阐明了燃料电池的一个关键降解途径，并且对基于 H 2的能源供应做出了贡献，”工程博士教授说。马库斯·巴尔。 “这也显示了嫩 X 射线的巨大好处，我们期待 BESSY III，其旨在缩小嫩 X 射线的差距。”