As substâncias que contêm hidrogênio são importantes para muitas indústrias, mas os cientistas têm lutado para obter imagens detalhadas para entender o comportamento do elemento. No Revisão de instrumentos científicos pesquisadores demonstram a quantificação de hidrogênio para diferentes estados da água, ou seja, líquido, congelado e super-resfriado - para aplicações em células de combustível ecologicamente corretas.

“Nosso método não se limita a células de combustível ou água. Existem muitos compostos nas indústrias químicas, incluindo eletroquímica, eletrólitos para baterias ou células de fluxo redox, que também contêm hidrogênio, "disse o líder da equipe Pierre Boillat, do Paul Scherrer Institut na Suíça.

Quando a água pura é resfriada abaixo de zero graus Celsius, nem sempre forma gelo, mas pode permanecer na forma líquida conhecida como água super-resfriada. Este fenômeno ocorre até certo ponto em células a combustível de eletrólito de polímero, e como o congelamento e subsequente expansão de volume de água são conhecidos por induzir danos, há interesse em compreender esses estados da água.

A equipe suíça usou feixes de nêutrons para examinar o interior de uma célula de calibração com parede de alumínio. Os nêutrons ricochetearam no hidrogênio de H ₂ Moléculas O em um padrão detectável, como a forma como os raios X são usados ​​para criar imagens de ossos. A equipe de Boillat demonstrou anteriormente que as diferentes seções transversais de gelo e água super-resfriada com energias de nêutrons mais baixas poderiam ser usadas para fins de imagem. Eles refinaram o processo para produzir imagens com contraste sem precedentes.

"Desenvolvemos um método que usa um ciclo de alta carga de pulsos repetitivos que são muito amplos, dando um fluxo de feixe muito mais forte, para que possamos medir mais rápido e com melhor qualidade de imagem, "disse Boillat, descrevendo o chamado ciclo de alto dever, medições de tempo de voo, que sua equipe implementou na linha de luz da configuração de teste da Fonte de Spallation Europeia localizada em Helmholtz Zentrum Berlin na Alemanha.

O autor Muriel Siegwart explicou o aumento na velocidade de medição, de cinco horas a cinco minutos, foi fundamental para acompanhar o progresso de uma reação. Ela espera aumentar ainda mais a velocidade, para que eles possam rastrear a formação de gelo e os danos subsequentes dentro das células de combustível.

Boillat destacou como as colaborações intercontinentais da equipe foram críticas para confirmar as descobertas experimentais. Isso incluiu colaborações com especialistas em detectores de nêutrons da Universidade da Califórnia, Berkeley e especialistas em simulação teórica do Departamento de Física de Nêutrons e do Instituto Balseiro em Bariloche, Argentina.

"Observamos algum impacto da temperatura nas medições, mas não tínhamos certeza se isso era uma forma de viés experimental. Combinou perfeitamente com os modelos teóricos, provando que era um efeito real, "disse Boillat.

A equipe de Boillat também foi uma das primeiras a utilizar experimentalmente o sistema chopper de multiplicação de quadro de comprimento de onda, uma técnica de aprimoramento que será incluída em vários instrumentos nas instalações da European Spallation Source em construção na Suécia. Aproveitando os dados de referência obtidos com este método, a equipe desenvolveu uma estrutura teórica que otimiza a relação contraste-ruído nas imagens adquiridas. A equipe está aplicando essa estrutura à análise de baterias de íon-lítio.