Zie Nieuws

'Verborgen' materialen bekijken voor groenere accu's en waterstof Röntgenmachine kijkt drie niveaus diep

Binnenin een materiaal kijken, op de grens tussen twee materialen, is één. Maar het liefst wil je dit ook nog doen onder realistische omstandigheden, waarbij de materialen ‘aan het werk zijn’. En dat is precies wat onderzoekers van het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente willen doen, met de speciale machine die zij gaan bouwen. Dankzij drie ‘kleuren’ röntgenstraling kunnen zij ook nog eens op drie verschillende diepten kijken. De machine, waarvoor de onderzoekers een miljoenensubsidie ontvangen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), gaat zijn unieke kwaliteiten bewijzen bij, onder meer, de ontwikkeling van nieuwe materialen voor accu’s en katalysatoren. 

Op het grensvlak van twee materialen gebeurt het. Of het nu gaat om betere en duurzamer accu’s, of om nieuwe katalysatoren om groene waterstof te maken: de verbeteringen vinden plaats waar twee materialen samenkomen, of ze nu allebei vast zijn of het ene vast en het ander vloeibaar. Het is weliswaar nu al mogelijk om te meten aan grensvlakken, maar dan meestal wel onder speciale omstandigheden zoals een vacuüm. En dat gaat nu eenmaal niet goed samen met vloeistof, terwijl je juist graag door die vloeistof heen wilt kijken. Bij de huidige lithium-ion accu’s, waar vloeistof in zit, speelt dit bijvoorbeeld als je de materialen voor de plus- of minpool wilt verbeteren – vaak in meerdere lagen. 

Impressie van de machine die wordt gebouwd, met in het midden de röntgenbron en de analysekamer

Door een speciale ‘meetbubbel’ te creëren en de vloeistof slim te pompen, kun je er toch in kijken, en erdoorheen, naar laagjes die dieper liggen. In de bubbel zitten dan ook meteen de elektroden om de grensvlakken te activeren. De meettechniek die hard X-ray photoelectronic spectroscopy (‘lab-based HAXPES’) heet, is nog nergens ter wereld op laboratoriumschaal aanwezig. Het is weliswaar mogelijk om in materialen te kijken in ‘synchrotron’-opstellingen, zoals de European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, maar die kennen niet de flexibiliteit van het nieuwe systeem. Daarmee wordt het straks mogelijk om het grensvlak snel te optimaliseren.

Vaste-stof accu's

Ook als, zoals de algemene verwachting is, accu’s straks van vaste stof gemaakt zijn, is de nieuwe machine in staat om laagjes materiaal die ‘begraven’ liggen onder het oppervlak, te analyseren om optimale combinaties te vinden van nieuwe, duurzamer materialen. Niet alleen in de energieopslag en -conversie, maar ook in de katalyse, wordt de nieuwe techniek , naar verwachting, waardevol. Bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van katalysatoren die worden ingezet bij de productie van waterstof. Daarmee wordt HAXPES, volgens projectleider prof. Gertjan Koster, een zeer waardevolle uitbreiding van de infrastructuur van het MESA+ NanoLab. De machine, die deels gaat bestaan uit commercieel beschikbare modules en deels uit ‘in huis’ ontwikkelde techniek, wordt de komende jaren modulair opgebouwd.

De HAXPES-machine wordt mogelijk gemaakt dankzij een subsidie van 2,2 miljoen euro uit het programma ‘NWO-groot’, voor grote investeringen in vernieuwende apparatuur. Persbericht: NWO investeert 20 miljoen in wetenschappelijke infrastructuur.

De afbeelding boven dit bericht laat zien hoe een katalysator wordt belicht met röntgenstralen (paars), aan het grensvlak van vloeistof en vaste stof. Daarbij komen foto-elektronen vrij die informatie geven over de chemische samenstelling en de elektronische structuur. Het bijzondere is dat de katalysator tegelijk aan het werk gezet wordt: te zien is het zuurstofgas dat vrijkomt in de 'water splitting' halfreactie die nodig is om groene waterstof te maken.

ir. W.R. van der Veen (Wiebe)
Persvoorlichter (aanwezig ma-vr)
+31 53 489 4244 | +31 6 12185692
 w.r.vanderveen@utwente.nl
Gebouw: Spiegel Tuin