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

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.