ENGINEERINGNET.BE - Veel technologische toepassingen, zoals sensoren en batterijen, zijn sterk afhankelijk van elektrochemische reacties.
Om deze technologieën te verbeteren, is het belangrijk om de reacties goed te begrijpen. De meeste bestaande methoden schieten daarin echter tekort.
Neem bijvoorbeeld de productie van waterstof via elektrolyse. De belangrijkste stappen van deze reacties vinden plaats binnen slechts enkele nanometers van het elektrode-oppervlak. Dat is voor conventionele methoden te klein om waar te nemen.
Nederlandse en Chinese onderzoekers ontwikkelden daarom een nieuwe techniek die het mogelijk maakt om elektrochemische reacties op nanoschaal te volgen: Opto-Iontronische Microscopie. Elektrochemische reacties vinden hierbij plaats in een piepklein gaatje, een zogenoemde nanohole.
Door licht op de nanohole te schijnen en veranderingen in het verstrooide licht te meten, geeft een optische microscoop inzicht in de elektrochemische activiteit binnen dit gebied.
De nieuwe methode is getest met een model-elektrochemische reactie, de ferrocenedimethanol-redoxreactie. Ook zijn de metingen vergeleken met de resultaten van een theoretisch model voor elektrochemische processen.
Opto-Iontronische Microscopie heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van andere technieken om reacties op kleine schaal te bestuderen.
Een elektronenmicroscoop werkt bijvoorbeeld in hoog vacuüm, waardoor samples moeten worden voorbehandeld. Met dit type microscopie kunnen reacties worden bestudeerd onder realistische omstandigheden.
Samples hoeven niet te worden bewerkt en de omstandigheden weerspiegelen de praktijk. Deze voordelen maken de techniek relatief goedkoop.
Hoewel de resolutie momenteel lager is dan bij elektronenmicroscopie, is zij nog steeds hoog, met metingen per milliseconde.
De methode is relevant voor veel onderzoeksgebieden waarin elektrochemische reacties centraal staan, zoals brandstoftechnologieën, katalysatorontwerp, en analytische en milieu-elektrochemie, waaronder elektrochemische sensoren.
De onderzoekers gaan nu onder meer een prototype ontwikkelen voor veilige en schaalbare opslag van waterstof. Huidige opslagmethoden zijn relatief onveilig en verbruiken veel energie.
Opto-Iontronische Microscopie helpt dit project door het transport van ionen en waterstof op nanoschaal en in real time direct zichtbaar te maken in materialen voor opslag.
Zo wordt duidelijk waar energieverlies optreedt en veiligheidsrisico’s ontstaan, wat helpt bij het ontwerpen van veiligere en efficiëntere materialen voor de opslag van waterstof.
Het project ontving onlangs financiering van de Utrechtse onderzoeksgemeenschap Pathways to Sustainability.
