Nove mogućnosti za dizajn baterija sa svjetlosnim pogonom
Automobilska i druge industrije teško rade na poboljšanju performansi punjivih baterija i gorivnih ćelija. Sada su istraživači iz Japana došli do otkrića koje će omogućiti nove mogućnosti za buduću stabilnost okoliša u ovom poslu.
U studiji koja je nedavno objavljena u časopisu Applied Materials Today, istraživači sa Sveučilišta Tsukuba otkrili su da ultraljubičasto svjetlo može modulirati transport oksidnih iona u kristalu perovskita na sobnoj temperaturi, te su time uveli prethodno nedostupno područje istraživanja.
Učinkovitost elektrolita iz baterije i gorivih ćelija ovisi o kretanju elektrona i iona unutar elektrolita. Modulacija kretanja oksidnih iona unutar elektrolita mogla bi poboljšati buduću funkcionalnost baterije i gorivih ćelija - na primjer, povećanjem učinkovitosti skladištenja i izlaza energije. Upotreba svjetlosti za moduliranje kretanja iona - koja proširuje izvor mogućih unosa energije - do sada je dokazana samo za male ione poput protona. Prelaženje preko ovog ograničenja dostižnih ionskih kretnji nešto je što su istraživači sa Sveučilišta Tsukuba htjeli riješiti.
"Tradicionalno, transport teških atoma i iona u čvrstim materijalima bio je izazov", kaže jedan od autora studije, profesor Masaki Hada. "Namjeravali smo osmisliti jednostavno sredstvo za to na način koji se neprimjetno integrira s održivim izvorima energije."
Kako bi to učinili, istraživači su se usredotočili na kristale kobalta s dvostrukim perovskitom koji su slični uobičajenim materijalima u istraživanju gorivih ćelija. Otkrili su da sjajno ultraljubičasto svjetlo na kristalima na sobnoj temperaturi istiskuje oksidne ione bez uništavanja kristala, što znači da je funkcija kristala zadržana.
"Rezultati elektronske difrakcije, rezultati spektroskopije i odgovarajući proračuni potvrdili su ovu interpretaciju", objašnjava profesor Hada. "Pri isporučenoj energiji od 2 milijoula po kvadratnom centimetru, približno 6% oksidnih iona prolazi kroz značajan poremećaj u kristalima u roku od nekoliko pikosekundi, bez oštećenja kristala."
Veze kobalt-kisik obično dramatično ograničavaju kretanje oksida, ali prijenos elektrona izazvan ultraljubičastom svjetlošću može prekinuti te veze. To olakšava kretanje oksidnih iona na način da pristupa više stanja koja su bitna za pohranu ulazne svjetlosne energije.
Ovi rezultati imaju različite primjene. Veće razumijevanje kako koristiti svjetlo za manipulaciju kristalnim strukturama koje su bitne za skladištenje energije, na način da ne oštete kristale, donijet će nove mogućnosti u komercijalnim sustavima obnovljivih izvora energije.
Izvor: Applied Materials Today