Om du undrar när en vätgasdriven bil kommer att bli ett lönsamt alternativ för dig, ta hjärtat. Ett team med forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) kan ha övervunnit ett betydande hinder för att tillverka vätebränsleceller genom att skapa ett sätt att kontrollera om de dyra katalysatorer som cellerna behöver har införlivats snabbt och effektivt. Förbättrade mätmetoder är nyckeln till att föra vätgas ett steg närmare ekonomisk massproduktion.

Vätefordon har inte erövrat vägen som elektriska har ännu, men det är inte för bristande effektivitet eller miljövänlighet. Vätgas innehåller ungefär tre gånger så mycket energi i massa som fossila bränslen gör, och en bränslecells enda biprodukt är vatten. Men, medan det är snabbt att fylla en bränsletank med väte, bygga motorn är inte, åtminstone enligt industristandarder. En bränslecell kräver tunna lager av en platina-baserad katalysator för att omvandla väte till elektrisk energi, och industrin har saknat ett effektivt sätt att utvärdera lagrets egenskaper. Den bristen är bara en anledning till cirka 1, 800 vätgasfordon var på väg för ungefär ett år sedan, och de kan kosta dubbelt så mycket som ett konventionellt fordon.

Katalysatorn måste sluta som två tunna lager på vardera sidan av ett polymerark som liknar plastfolie, så industrins tillvägagångssätt har varit att behandla katalysatorn som bläck. Processen blandar platinapartiklar med kol för att bilda en djup svart vätska som till och med ser bläckliknande ut. Sedan lägger en maskin som liknar en tidningstryckpress blandningen när arket rullar ut från en jätte rulle. Problemet är att platina i detta bläck kostar upp till $ 35 per gram ($ 1, 000 uns), så tillverkarna behöver ett sätt att se till att tillräckligt mycket fastställs för att klara jobbet - och inte en dyrare droppe mer. Och processen måste vara tillräckligt snabb för att göra bränsleceller för tusentals bilar per år, vilket betyder att plasten måste rulla snabbt.

Laget, som inkluderade forskare från NIST och industri, hittade ett svar från deras erfarenhet av att mäta små föremål för en helt annan bransch:tillverkning av datorkort. Men deras vanliga tillvägagångssätt, baserat på att reflektera en lasers ljus från en chipyta, krävde en omprövning.

"Vi har expertis inom optiska metoder för att mäta funktioner mindre än 10 nanometer på chips, och platinapartiklarna är i samma skala, "sa NIST -fysikern Michael Stocker." Vi visste i princip vad vi gjorde, men marker flyger inte förbi med 30 meter per minut, så det var en hastighetsutmaning. Plus, du tittar på något som är svart, så vi hade inte mycket reflekterat ljus att mäta. "

Efter att ha tagit upp denna utmaning genom forskning och utveckling, laget byggde ett nytt instrument med hjälp av hyllteknologi som kan upptäcka de låga ljusnivåer som reflekteras från de små platinapartiklarna när arket rör sig förbi med en meter eller två per minut.

Stocker sa att det inte finns några grundläggande hinder för att skala upp metoden eller öka hastigheten för att möta branschens framtida behov. Till exempel, en tillverkare kan ordna en rad av dessa instrument för att skanna ett meter brett ark, var och en identifierar problemfel i ett visst avsnitt. Även om metoden sannolikt skulle behöva kombineras med andra tekniker som röntgenfluorescens för att bilda en komplett lösning, Stocker sa att det lämnar bränslecellstillverkare på ett bra ställe.

"Allt är bara optisk teknik från och med nu, "sa han." Industri kan ta det härifrån. "