Les substances contenant de l'hydrogène sont importantes pour de nombreuses industries, mais les scientifiques ont eu du mal à obtenir des images détaillées pour comprendre le comportement de l'élément. Dans Examen des instruments scientifiques les chercheurs démontrent la quantification de l'hydrogène pour différents états de l'eau, c'est-à-dire liquide, congelé et surfondu—pour les applications aux piles à combustible respectueuses de l'environnement.

"Notre méthode ne se limite pas aux piles à combustible ou à l'eau. Il y a beaucoup de composés dans les industries chimiques, y compris l'électrochimie, électrolytes pour batteries ou cellules à flux redox, qui contiennent également de l'hydrogène, " a déclaré le chef d'équipe Pierre Boillat, de l'Institut Paul Scherrer en Suisse.

Lorsque l'eau pure est refroidie en dessous de zéro degré Celsius, il ne forme pas toujours de la glace mais peut rester sous une forme liquide connue sous le nom d'eau surfondue. Ce phénomène se produit dans une certaine mesure dans les piles à combustible à électrolyte polymère, et comme le gel et l'expansion subséquente du volume de l'eau sont connus pour provoquer des dommages, il y a un intérêt à comprendre ces états de l'eau.

L'équipe suisse a utilisé des faisceaux de neutrons pour examiner l'intérieur d'une cellule d'étalonnage à paroi d'aluminium. Les neutrons ont rebondi sur l'hydrogène de H 2 O molécules dans un motif détectable, comme la façon dont les rayons X sont utilisés pour imager les os. L'équipe de Boillat a précédemment démontré que les différentes sections efficaces de glace et d'eau surfondue à des énergies de neutrons inférieures pouvaient être utilisées à des fins d'imagerie. Ils ont affiné le processus pour produire des images avec un contraste sans précédent.

"Nous avons développé une méthode qui utilise un cycle d'utilisation élevé d'impulsions répétitives très larges, donnant un flux de faisceau beaucoup plus fort, afin que nous puissions mesurer plus rapidement et avec une meilleure qualité d'image, " dit Boillat, décrivant ce que l'on appelle le cycle de service élevé, mesures du temps de vol, que son équipe a mis en œuvre sur la ligne de lumière de la configuration de test de la source de spallation européenne située au Helmholtz Zentrum Berlin en Allemagne.

L'auteur Muriel Siegwart a expliqué l'augmentation de la vitesse de mesure, de cinq heures à cinq minutes, était essentiel pour suivre l'évolution d'une réaction. Elle espère augmenter encore la vitesse, afin qu'ils puissent suivre la formation de glace et les dommages ultérieurs dans les piles à combustible.

Boillat a souligné à quel point les collaborations intercontinentales de l'équipe étaient essentielles pour confirmer les résultats expérimentaux. Cela comprenait des collaborations avec des experts en détecteurs de neutrons de l'Université de Californie, Berkeley et des experts en simulation théorique du Département de physique des neutrons et de l'Instituto Balseiro de Bariloche, Argentine.

"Nous avons observé un certain impact de la température sur les mesures, mais nous ne savions pas s'il s'agissait d'une forme de biais expérimental. Cela correspondait parfaitement aux modèles théoriques prouvant qu'il s'agissait d'un effet réel, " dit Boillat.

L'équipe de Boillat a également été parmi les premières à utiliser expérimentalement le système de hacheur de multiplication de trame de longueur d'onde, une technique d'amélioration qui sera incluse dans plusieurs instruments de l'installation European Spallation Source en construction en Suède. En s'appuyant sur les données de référence obtenues avec cette méthode, l'équipe a développé un cadre théorique qui optimise le rapport contraste/bruit dans les images acquises. L'équipe applique ce cadre à l'analyse des batteries lithium-ion.