Chengge Jiao, Bartlomiej Winiarski, Yinghong Lin, Alice Scarpellini, Patrick Barthelemy, Yuri Rikers, Dirk Laeveren, Ernst Jan Vesseur
Thermo Fisher Scientific, Eindhoven, the Netherlands
前言
电解槽和燃料电池(ECs/FCs)在未来的净零排放经济中发挥着重要作用，为了推进下一代电解槽和燃料电池设备的发展，在微观尺度上，我们需要表征催化剂颗粒，理解三相界面，实现微观成像和分析。利用扫描电子显微镜(SEM)可以获得有价值的见解，有助解决材料研发所面临的一些挑战问题。
PEM：质子交换膜
不同于透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)可以针对完整的催化剂膜层进行成像表征。但是，SEM能否区分位于外表面和内表面的Pt颗粒，并且测量各自的颗粒大小？这些因素影响着化学活性和耐久性。
SOEC/FC：固体氧化物电解槽/燃料电池
1. 能否区分渗透镍和“死” 镍？电流传导必需渗透镍。
2. 能否测量三相界面(TPB)长度？TPB三相界面是反应发生的地方，TPB长度与设备性能密切相关。
利用镜筒内的两个二次电子探测器，分别检测低能量(<10 eV, 极表面信息)和高能量(10 – 50 eV,传统二次电子信息)信号
同时检测3种信号 (2 x SE + BSE)
自动分析颗粒，获得统计数据
智能合并多个探测器的不同结果，用以增强衬度并提取定量信息
1. 结合材料衬度和电位衬度，区分渗透镍(具备化学活性)和非渗透“死”镍(不具备化学活性)、陶瓷 (YSZ, 离子导体)、气孔(孔隙)
2. 使用FIB-SEM和三维图像处理技术，区分渗透气孔(有助于H2O、H2 传输)和非渗透气孔(与传输无关)，与Ni/YSZ数据结合并提取TPB密度。
结论
使用能量选择信号检测和数字图像处理技术，SEM成功表征了Pt颗粒和三相界面长度，这对于设计下一代电解槽和燃料电池至关重要。