Nye muligheder for lysdrevet batteri- og brændselscelledesign

Bilindustrien og andre industrier arbejder hårdt på at forbedre ydeevnen af ​​genopladelige batterier og brændselsceller. Nu, forskere fra Japan har gjort en opdagelse, der vil muliggøre nye muligheder for fremtidig miljøstabilitet i denne branche.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Anvendte materialer i dag , forskere fra University of Tsukuba har afsløret, at ultraviolet lys kan modulere oxidiontransport i en perovskitkrystal ved stuetemperatur, og dermed har indført et tidligere utilgængeligt forskningsområde.

Ydeevnen af ​​batteri- og brændselscelleelektrolytter afhænger af bevægelserne af elektroner og ioner i elektrolytten. Modulering af oxidioners bevægelse i elektrolytten kan forbedre fremtidens batteri- og brændselscellefunktionalitet - f.eks. ved at øge effektiviteten af ​​energilagring og -output. Brug af lys til at modulere ionernes bevægelser - hvilket udvider kilden til mulige energiinput - er til dato kun blevet demonstreret for små ioner såsom protoner. At overvinde denne begrænsning af opnåelige ionbevægelser er noget, som forskerne ved University of Tsukuba sigtede mod.

"Traditionelt transport af tunge atomer og ioner i faststofmaterialer har været udfordrende, " siger co-senior forfatter af undersøgelsen Professor Masaki Hada. "Vi satte os for at udtænke et let middel til at gøre det på en måde, der problemfrit integreres med bæredygtige energiinput."

At gøre dette, forskerne fokuserede på kobolt-dobbelt-perovskit-krystaller, der ligner gængse materialer i brændselscelleforskning. De fandt ud af, at skinnende ultraviolet lys på krystallerne ved stuetemperatur fortrænger oxidioner uden at ødelægge krystallerne, hvilket betyder, at krystallernes funktion blev bibeholdt.

"Resultater af elektrondiffraktion, spektroskopi resultater, og tilsvarende beregninger bekræftede denne fortolkning, " forklarer professor Hada. "Ved en leveret energi på 2 millijoule pr. kvadratcentimeter, ca. 6% af oxidionerne gennemgår væsentlig uorden i krystallerne inden for flere picosekunder, uden at beskadige krystallen."

Cobalt-oxygenbindinger begrænser normalt dramatisk oxidbevægelser, men ultraviolet-lys-induceret elektronoverførsel kan bryde disse bindinger. Dette letter oxidionbevægelsen på en måde, der giver adgang til flere tilstande, der er relevante for lagring af lysenergiinputtet.

Disse resultater har forskellige anvendelser. En større forståelse af, hvordan man bruger lys til at manipulere krystalstrukturer, der er relevante for energilagring, på en måde, der ikke beskadiger krystallerne, vil skabe nye muligheder i kommercielle vedvarende energisystemer.