Pencitraan Resonansi Magnetik Operando untuk Visualisasi Batas Tiga Fase Elektrokimia

Abstrak
Batas tiga fase (TPB) adalah antarmuka kompleks tempat fase gas, cair, dan padat bertemu, yang secara krusial mengatur efisiensi dan kinerja banyak perangkat elektrokimia seperti sel bahan bakar dan baterai. Namun, teknik karakterisasi konvensional kesulitan untuk menangkap proses dinamis dan banjir di TPB. Untuk mengatasi hal ini, kami mengembangkan pencitraan resonansi magnetik elektrokimia operando (EC-MRI), teknik yang secara inheren non-invasif yang peka terhadap 1H, yang menyelidiki wilayah massal dan batas, memungkinkan visualisasi real-time evolusi TPB dan pemahaman yang lebih dalam tentang fungsinya di tingkat perangkat dalam kondisi operasional. Dalam sebuah studi tentang sel bahan bakar membran pertukaran proton (PEMFC), dengan fokus pada reaksi reduksi O2 yang lambat secara kinetik di katode, EC-MRI operando secara kuantitatif menggambarkan interaksi antara keluaran daya, kadar air, dan evolusi TPB. Hal ini mengungkapkan bahwa peta TPB mengalami variasi spasial dan dinamis yang signifikan, dengan kerusakan TPB, bukan akumulasi air yang tampak, yang secara langsung memicu banjir, sebagaimana dibuktikan menggunakan katalis dengan kemampuan pembangkitan dan penyerapan air yang berbeda. Temuan kami membuka perspektif baru tentang pengelolaan air dan desain TPB, dengan aplikasi potensial dalam proses elektrokimia penting lainnya seperti oksidasi H2, reduksi CO2, dan reduksi N2, yang menggarisbawahi nilai operando EC-MRI untuk diagnostik perangkat elektrokimia secara real-time.