Bränsleceller skulle en dag kunna generera elektricitet till nästan vilken enhet som helst som är batteridriven, inklusive bilar, bärbara datorer och mobiltelefoner. Använder vanligtvis väte som bränsle och luft som oxidationsmedel, Bränsleceller är renare än förbränningsmotorer eftersom de producerar kraft via elektrokemiska reaktioner. Eftersom vatten är deras primära produkt, de minskar föroreningarna avsevärt.

En fråga som påverkar bränslecellens livslängd är oxidationen, eller haveri, av dess centrala elektrolytmembran. Processen leder till att det bildas hål i membranet och kan i slutändan orsaka en kemisk kortslutning.

Ett ingenjörsteam vid Washington University i St Louis har utvecklat ett nytt sätt att ta en titt på hastigheten med vilken oxidation sker. Med hjälp av fluorescensspektroskopi inuti bränslecellen, de kan undersöka bildningen av de kemikalier som är ansvariga för oxidationen, nämligen fria radikaler, Under operationen. Tekniken kan vara en spelförändring när det gäller att förstå hur cellerna bryts ner, och utforma begränsningsstrategier som skulle förlänga bränslecellens livslängd.

"Om du köper en enhet - en bil, en mobiltelefon – du vill att den ska hålla så länge som möjligt, sa Vijay Ramani, the Roma B. och Raymond H. Wittcoff Distinguished Professor of Environment &Energy vid School of Engineering &Applied Science. "Tyvärr, komponenter i en bränslecell kan brytas ned, och det är ingen lätt lösning. Vad vår nya forskning gör är att verkligen kasta ljus över ett av de lägen med vilka dessa enheter kan misslyckas, så att vi kan komma på metoder så att vi kan förbättra livslängden för enheter som använder dessa bränsleceller."

Forskningen, publicerades i sommar i tidskriften ChemSusChem , är den första som använder en in situ-metod för att undersöka bränslecellens inre membran. Ett fluorescerande färgämne är inkorporerat och används som en markör för att fastställa den hastighet med vilken skadliga fria radikaler genereras under drift.

"Genom att använda fluorescensspektroskopi i kombination med en optisk fiber, vi kan kvantifiera de oxidativa fria radikalerna som genereras inuti bränslecellen, som arbetar för att bryta ner membranen, " sa Yunzhu Zhang, en doktorand i Ramanis labb, och studie medförfattare.

När de väl kunde observera bränslecellens inre funktion, forskarna märkte att ju svagare ljus som sänds ut från bränslecellsmembranet, desto större nedbrytning sker inifrån.

"Vi kan se den här processen inträffa i realtid, " sa Shrihari Sankarasubramanian, en postdoktor som bistått med projektet.

Tills nu, forskare som undersökte bränslecellsnedbrytning förlitade sig på cellens utsläpp för att avgöra vilka kemiska reaktioner som kan ha varit skyldiga till membrannedbrytningar. De säger att detta nya tillvägagångssätt tillåter dem att fokusera på de faktorer som äger rum inuti för en bättre bedömning.

"Eftersom de fria radikalerna som orsakar nedbrytningen av bränslecellens membran är så kortlivade, och anjonbytarmembranen är så tunna, vår nya in situ-metod är nyckeln till bättre studier, förstå och förhindra de kemiska nedbrytningarna som inträffar under bränslecellsdrift, sa Javier Parrondo, en postdoktor och forskningsmedförfattare.

"Nästa steg är att introducera antioxidantkemikalier inuti bränslecellsmembranen, för att se om de kan minska hastigheten med vilken dessa membran bryts ned, sa Ramani.