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Nouvelles opportunités pour la conception de batteries et de piles à combustible basées sur la lumière

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Des chercheurs de l’Université de Tsukuba utilisent des impulsions ultraviolettes pour accéder à des propriétés de conducteur ionique difficiles à obtenir en toute sécurité. Crédit : Université de Tsukuba

L’industrie automobile et d’autres industries travaillent dur pour améliorer les performances des batteries rechargeables et des piles à combustible. Aujourd’hui, des chercheurs japonais ont fait une découverte qui ouvrira de nouvelles possibilités de stabilité environnementale future dans ce type de travail.


Dans une étude publiée récemment dans Le matériel appliqué d’aujourd’huiDes chercheurs de l’Université de Tsukuba ont révélé que la lumière ultraviolette peut moduler le transport des ions oxyde dans un cristal de pérovskite dans Température ambianteCe faisant, il a introduit un domaine de recherche auparavant inaccessible.

Performances de la batterie et pile à combustible Les électrolytes dépendent des mouvements des électrons et des ions au sein de l’électrolyte. La modification du mouvement des ions oxyde dans l’électrolyte pourrait améliorer la fonctionnalité des batteries et des piles à combustible à l’avenir, par exemple en augmentant l’efficacité du stockage et de la production d’énergie. L’utilisation de la lumière pour moduler les mouvements des ions, ce qui élargit la source d’apport d’énergie possible, n’a été démontrée que jusqu’à présent pour des ions aussi petits que des protons. Les chercheurs de l’Université de Tsukuba tentent de surmonter cette limite de mouvements ioniques réalisables.

« Traditionnellement, les atomes lourds et les ions se transfèrent dans matériaux à l’état solide « C’était un défi », déclare le co-auteur principal de l’étude, le professeur Masaaki Hada. « Nous avons entrepris de concevoir un moyen simple de le faire d’une manière qui s’intègre parfaitement aux intrants énergétiques durables. »

Pour ce faire, les chercheurs se sont concentrés sur des cristaux de double pérovskite de cobalt qui sont similaires aux matériaux courants dans la recherche sur les piles à combustible. Ils ont découvert que le fait de projeter de la lumière ultraviolette sur les cristaux à température ambiante déplace les ions oxyde sans détruire les cristaux, ce qui signifie que la fonctionnalité des cristaux est conservée.

« Les résultats de diffraction électronique, les résultats de spectroscopie et les calculs correspondants ont confirmé cette interprétation », explique le professeur Hada. « A une énergie de conduction de 2 millijoules par centimètre carré, environ 6% des ions oxyde subissent un désordre cristallographique important sur plusieurs picosecondes, sans endommager les cristaux. »

Les liaisons cobalt-oxygène restreignent généralement la mobilité de l’oxyde de manière significative, mais UVLe transfert d’électrons qui en résulte peut rompre ces liaisons. C’est facile oxyde Le mouvement des ions de telle manière qu’il atteint plusieurs états liés au stockage de l’apport d’énergie optique.

Ces résultats ont des applications diverses. Une meilleure compréhension de la façon dont la lumière peut être utilisée pour manipuler les structures cristallines pertinentes pour le stockage d’énergie, d’une manière qui n’endommage pas les cristaux, offrira de nouvelles possibilités en matière d’énergie renouvelable à une échelle commerciale. énergie systèmes.


Nouvel électrolyte pour la pile à combustible


Plus d’information:
Masaaki Hada et al., Transport d’oxygène photoinduit dans les cristaux de double pérovskite de cobalt EuBaCo2O5.39, Le matériel appliqué d’aujourd’hui (2021). DOI : 10.1016 / j.apmt.2021.101167

Introduction de
Université de Tsukuba

la citation: New Opportunities for Light-Powered Fuel Cell and Battery Design (2021, 7 septembre) Extrait le 7 septembre 2021 de https://phys.org/news/2021-09-opportunities-light-powered-battery-fuel-cell. html

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Les astronautes de la Station spatiale internationale se mettent à couvert alors qu’un satellite russe se brise en plus de 100 morceaux dans l’espace

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Les astronautes de la Station spatiale internationale se mettent à couvert alors qu’un satellite russe se brise en plus de 100 morceaux dans l’espace
Astronautes à bord Station spatiale internationale (ISS) a dû se cacher en tant que station spatiale défunte Satellite russe Il s’est brisé en plus de 100 débris. Cette fragmentation a considérablement contribué à la croissance Débris spatiaux Un problème qui constitue une menace pour les opérations spatiales.
NASA L’Agence spatiale américaine a confirmé que les débris du satellite russe qui s’est écrasé sont passés à proximité de la Station spatiale internationale, ce qui a nécessité la prise de mesures de précaution. Les astronautes ont reçu pour instruction de rester sur place par mesure de précaution. Un porte-parole de l’agence spatiale américaine a déclaré : « Les membres de l’équipage ont suivi les procédures standard et se sont déplacés vers leurs zones de sécurité désignées ».
La désintégration de RESURS-P1, un satellite d’observation de la Terre que la Russie a déclaré mort en 2022, s’est produite mercredi vers 10 heures du matin, heure des Rocheuses (16 heures GMT). L’accident s’est produit en orbite terrestre basse, à proximité de la Station spatiale internationale, ce qui a incité les astronautes américains à bord à se mettre à l’abri dans leur vaisseau spatial pendant environ une heure. Cet événement a relancé les discussions sur la nécessité d’une réglementation internationale et d’efforts de coopération pour gérer les débris spatiaux.
Qu’est-il arrivé au défunt satellite russe ?
Le défunt satellite russe RESURS-P1 s’est brisé en plus de 100 débris en orbite terrestre basse. Le commandement spatial américain a confirmé que « plus de 100 débris traçables » avaient été créés immédiatement après l’effondrement.
Comment cela a-t-il affecté les astronautes à bord de la Station spatiale internationale ?
Le champ de débris résultant de la désintégration est passé suffisamment près de la Station spatiale internationale pour nécessiter des mesures de précaution. Le bureau de la Station spatiale de la NASA a indiqué que les astronautes avaient reçu pour instruction de se réfugier dans les zones sûres qui leur étaient désignées. Ils sont restés dans leur vaisseau spatial pendant environ une heure avant de reprendre leurs activités normales.
Quels sont les risques liés à ces débris ?
Le champ de débris du satellite en désintégration devrait rester en orbite pendant plusieurs années, augmentant ainsi le risque de collision avec les satellites opérationnels et les stations spatiales. «C’est le Far West là-bas», a commenté un astrophysicien chevronné. « L’augmentation des débris augmente le risque de collisions catastrophiques, posant ainsi un véritable problème environnemental. »
Comment les agences spatiales réagissent-elles à cet incident ?
La NASA et d’autres agences spatiales utilisent des radars de suivi spatial pour surveiller les débris. Le commandement spatial américain et des sociétés comme LeoLabs ont découvert au moins 180 débris. Des discussions sont en cours sur la nécessité de réglementations internationales pour gérer le trafic spatial et atténuer les risques associés aux débris spatiaux.
Quelle est la cause du dysfonctionnement du satellite ?
Il n’y a pas de détails immédiats sur la cause du crash du satellite RESURS-P1. Les analystes pensent que cela pourrait être dû à un problème à bord de la Lune, comme le carburant restant qui a provoqué une explosion. Jonathan McDowell, observateur spatial et astronome de l’Université Harvard, a commenté : « J’ai du mal à croire qu’ils puissent utiliser un gros satellite comme cible pour des armes antisatellites. Mais avec les Russes de nos jours, qui sait. »
Quelles sont les implications de cet incident pour les futures opérations spatiales ?
Cet accident met en évidence les défis persistants auxquels sont confrontées les agences spatiales du monde entier pour maintenir des opérations sûres dans un environnement orbital de plus en plus encombré. La perspective de collisions de satellites et de guerre spatiale a ajouté à l’urgence des appels des défenseurs et des avocats de l’espace en faveur de la création d’un mécanisme international pour gérer le trafic spatial.
(Avec la contribution des agences)

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Un photographe local prend des photos des stars d’un prestigieux concours

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Un photographe local prend des photos des stars d’un prestigieux concours

Un photographe de LIMERICK a été sélectionné pour la prochaine étape du prestigieux concours d’astrophotographie Reach for the Stars, organisé par le Dublin Institute for Advanced Study (DIAS).

Le concours vise à trouver les meilleures images astronomiques prises en Irlande au cours de l’année écoulée.

Alan Hartigan de Corbally a été sélectionné pour la catégorie « Retour sur Terre – Landmark » pour son image, Aurora over Polnabrone dans The Burren, Co Clare.

Alors qu’un jury de haut niveau sélectionnera les candidatures gagnantes dans les semaines à venir, un vote en ligne a été lancé afin que les membres du public puissent également donner leur avis.

Toutes les images présélectionnées peuvent désormais être consultées sur Accès au site des étoiles Les membres du public peuvent voter pour leur image préférée.

Plus de 230 images ont été soumises au concours cette année – le plus grand nombre jamais réalisé – dont 50 ont été sélectionnées pour la liste restreinte et le vote du public.

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Les participants étaient invités à soumettre leur candidature dans cinq catégories différentes pour le concours : Night Sky in Your Hand : photos prises avec un simple smartphone, et sans télescope, d’une scène astronomique ; Hors de ce monde – Planètes : Images de planètes, du soleil et de la lune ; Hors de ce monde – Ciel profond : images d’objets célestes situés au-delà de notre système solaire, tels que des nébuleuses, des amas d’étoiles et des galaxies ; العودة إلى الأرض – المناظر الطبيعية: الصور التي تصور خاصية ذات أهمية فلكية كمعلم وعناصر بارزة مثل الطبيعة أو الأرض أو الماء والعودة إلى الأرض – معلم: الصور التي تصور خاصية ذات أهمية فلكية كمعلمة وعناصر بارزة مثل مناظر المدينة أو المباني أو المنازل أو الهياكل التاريخية أو Monuments historiques.

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Outre le lauréat du Public Choice Award, les grands gagnants seront sélectionnés par le jury de Reach for the Stars, qui comprend : le professeur Peter Gallagher, chef du département d’astrophysique de la DIAS ; Brenda Fitzsimmons, rédactrice photo au Irish Times ; Michael McCreary, président de la Société irlandaise d’astronomie ; et Niamh Breathnach, directrice des relations publiques d’Alice.

Les images gagnantes choisies par le jury et le vote du public seront annoncées en juillet, et DIAS organisera une exposition en plein air pour présenter les meilleures images.

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Les scientifiques ont découvert des propriétés jusqu’alors inconnues du gallium

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Les scientifiques ont découvert des propriétés jusqu’alors inconnues du gallium

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Résumé graphique. crédit: Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J

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Résumé graphique. crédit: Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J

Près de 150 ans après la découverte et l’ajout du gallium au tableau périodique, des scientifiques de l’Université d’Auckland ont découvert des aspects jusqu’alors inconnus de la structure et du comportement de ce métal.

Identifié pour la première fois en 1875 par le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, le gallium est connu pour son faible point de fusion, qui fait fondre une cuillerée de gallium dans une tasse de thé. Les semi-conducteurs sont basés sur un métal inhabituel.

La découverte surprenante concerne le comportement du gallium au niveau atomique.

Contrairement à la plupart des métaux, le gallium existe sous forme de « duplex » – des paires d’atomes – et est moins dense à l’état solide qu’à l’état liquide, ce qui est similaire à la façon dont la glace flotte sur l’eau. Le gallium présente des « liaisons covalentes » où les atomes partagent des électrons, ce qui est également inhabituel pour les métaux.

Une nouvelle étude montre que si ces liaisons disparaissent au point de fusion, elles réapparaissent à des températures plus élevées. « Résoudre des décennies de controverse : le rôle surprenant de la covalence à haute température dans la structure du gallium liquide » est le titre de l’article. papier Publié dans Horizons matériels.

Cela contredit les anciennes hypothèses et nécessite une nouvelle interprétation du faible point de fusion du gallium. La clé pourrait être une augmentation significative de l’entropie – une mesure du désordre – lorsque les liaisons disparaissent, libérant ainsi les atomes, suggèrent les chercheurs.

« Trente années de littérature sur la structure du gallium liquide reposaient sur une hypothèse fondamentale qui est clairement incorrecte », déclare le professeur Nicola Gaston, du Waipapa Tomata Rau de l’Université d’Auckland et de l’Institut MacDiarmid pour les matériaux avancés et la nanotechnologie.

La recherche a été menée par le Dr Steve Lampe – maintenant chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck de recherche sur l’état solide en Allemagne – Gaston et le Dr Krista Steenbergen, de l’Université Victoria de Wellington et de l’Institut MacDiarmid.

La percée est venue de Lambie, qui était alors titulaire d’un doctorat. étudiant à l’université et à l’Institut MacDiarmid, où il a soigneusement examiné la littérature scientifique des décennies précédentes et comparé les données de température pour dresser un tableau complet.

Comprendre les processus précis du gallium, en particulier son évolution avec la température, est important pour les progrès de la nanotechnologie, où les scientifiques manipulent le matériau pour créer de nouveaux matériaux.

Le métal est utilisé pour dissoudre d’autres métaux, facilitant ainsi la création de catalyseurs métalliques liquides et de « structures auto-assemblées », dans lesquelles les matériaux désordonnés s’organisent spontanément.

Des « flocons de neige » de zinc ont été créés en cristallisant du zinc dans du gallium liquide dans le cadre d’un projet antérieur impliquant Gaston, Lampe et Steenbergen.

Le gallium était prédit avant sa découverte. Lorsque le chimiste russe Dmitri Mendeleev a créé le premier tableau périodique en 1871, en classant les éléments selon des numéros atomiques croissants, il a laissé des espaces pour les éléments manquants suggérés par des éléments connus.

Le gallium est extrait de minéraux et de roches telles que la bauxite et n’est pas présent dans la nature sous sa forme pure. Le métal est utilisé dans les semi-conducteurs, les télécommunications, les LED et les diodes laser, les panneaux solaires, le calcul haute performance, les industries aérospatiale et de défense, et comme substitut au mercure dans les thermomètres.

Il est intéressant de noter que les scientifiques à la recherche de traces de vie passée sur Mars envisagent la possibilité que le gallium puisse fournir des indices sous la forme d’une « empreinte » chimique préservant les traces de vie microbienne passée. Des chercheurs de l’École d’environnement de l’université et du Centre Te Ao Marama pour les enquêtes fondamentales enquêtent.

Le nom gallium fait référence à la Gaule, ou à la France, reflétant la nationalité du découvreur.

Plus d’information:
Stephanie Lambe et al., Résoudre des décennies de débat : le rôle surprenant de la covalence à haute température dans la structure du gallium liquide, Horizons matériels (2024). est ce que je: 10.1039/D4MH00244J

Informations sur les magazines :
Horizons matériels


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