De automobielindustrie en andere industrieën werken hard aan het verbeteren van de prestaties van oplaadbare batterijen en brandstofcellen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers uit Japan hebben een ontdekking gedaan die nieuwe mogelijkheden biedt voor toekomstige stabiliteit van het milieu in deze branche.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Toegepaste materialen vandaag , onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba hebben onthuld dat ultraviolet licht het transport van oxide-ionen in een perovskietkristal bij kamertemperatuur kan moduleren, en daarmee een voorheen ontoegankelijk onderzoeksgebied hebben geïntroduceerd.

De prestatie van batterij- en brandstofcelelektrolyten hangt af van de bewegingen van elektronen en ionen in de elektrolyt. Het moduleren van de beweging van oxide-ionen in de elektrolyt zou de toekomstige batterij- en brandstofcelfunctionaliteit kunnen verbeteren, bijvoorbeeld door de efficiëntie van de energieopslag en -output te verhogen. Het gebruik van licht om de bewegingen van ionen te moduleren - wat de bron van mogelijke energie-invoer vergroot - is tot nu toe alleen aangetoond voor kleine ionen zoals protonen. Het overwinnen van deze beperking van haalbare ionenbewegingen is iets wat de onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba wilden aanpakken.

"Traditioneel, transport van zware atomen en ionen in vastestofmaterialen was een uitdaging, ", zegt co-senior auteur van de studie professor Masaki Hada. "We wilden een eenvoudig middel bedenken om dit te doen op een manier die naadloos integreert met duurzame energie-input."

Om dit te doen, de onderzoekers concentreerden zich op dubbele perovskietkristallen van kobalt die vergelijkbaar zijn met gewone materialen in brandstofcelonderzoek. Ze ontdekten dat schijnend ultraviolet licht op de kristallen bij kamertemperatuur oxide-ionen verdringt zonder de kristallen te vernietigen. wat betekent dat de functie van de kristallen behouden bleef.

"Elektronendiffractie resultaten, spectroscopie resultaten, en bijbehorende berekeningen bevestigden deze interpretatie, " legt professor Hada uit. "Bij een geleverde energie van 2 millijoule per vierkante centimeter, ongeveer 6% van de oxide-ionen ondergaan binnen enkele picoseconden een aanzienlijke wanorde in de kristallen, zonder het kristal te beschadigen."

Kobalt-zuurstofbindingen beperken gewoonlijk de oxidebeweging dramatisch, maar door ultraviolet licht geïnduceerde elektronenoverdracht kan deze bindingen verbreken. Dit vergemakkelijkt de beweging van oxide-ionen op een manier die toegang heeft tot verschillende toestanden die relevant zijn voor het opslaan van de lichtenergie-invoer.

Deze resultaten hebben diverse toepassingen. Een beter begrip van hoe licht te gebruiken om kristalstructuren te manipuleren die relevant zijn voor energieopslag, op een manier die de kristallen niet beschadigt, nieuwe mogelijkheden zal creëren in duurzame energiesystemen op commerciële schaal.