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Los científicos descubren nuevas oportunidades para el diseño de pilas de combustible y baterías ali
La industria automotriz y otras industrias están trabajando arduamente para mejorar el rendimiento de las baterías recargables y las celdas de combustible. Ahora, investigadores de Japón han hecho un descubrimiento que permitirá nuevas posibilidades para la estabilidad ambiental futura en esta línea de trabajo.
En un estudio publicado recientemente en Applied Materials Today, investigadores de la Universidad de Tsukuba han revelado que la luz ultravioleta puede modular el transporte de iones de óxido en un cristal de perovskita a temperatura ambiente y, al hacerlo, han introducido un área de investigación previamente inaccesible.
El rendimiento de los electrolitos de la batería y la pila de combustible depende de los movimientos de los electrones y los iones dentro del electrolito. Modular el movimiento de los iones de óxido dentro del electrolito podría mejorar la funcionalidad futura de la batería y la celda de combustible, por ejemplo, al aumentar la eficiencia del almacenamiento y la producción de energía. El uso de la luz para modular los movimientos de los iones, lo que amplía la fuente de posibles entradas de energía, solo se ha demostrado hasta la fecha para iones pequeños como los protones. Superar esta limitación de los movimientos iónicos alcanzables es algo que los investigadores de la Universidad de Tsukuba intentaron abordar.
"Tradicionalmente, el transporte de átomos e iones pesados en materiales de estado sólido ha sido un desafío", dice el coautor principal del estudio, el profesor Masaki Hada. "Nos propusimos idear un medio sencillo para hacerlo de una manera que se integre a la perfección con los insumos de energía sostenible".
Para ello, los investigadores se centraron en los cristales de cobalto de doble perovskita que son similares a los materiales comunes en la investigación de pilas de combustible. Descubrieron que hacer brillar los cristales con luz ultravioleta a temperatura ambiente desplaza los iones de óxido sin destruir los cristales, lo que significa que se conserva la función de los cristales.
"Los resultados de la difracción de electrones, los resultados de la espectroscopia y los cálculos correspondientes confirmaron esta interpretación", explica el profesor Hada. "A una energía suministrada de 2 milijulios por centímetro cuadrado, aproximadamente el 6% de los iones de óxido sufren un desorden sustancial en los cristales dentro de varios picosegundos, sin dañar el cristal".
Los enlaces cobalto-oxígeno normalmente restringen drásticamente el movimiento del óxido, pero la transferencia de electrones inducida por la luz ultravioleta puede romper estos enlaces. Esto facilita el movimiento de iones de óxido de una manera que accede a varios estados que son pertinentes para almacenar la entrada de energía luminosa.
Estos resultados tienen diversas aplicaciones. Una mayor comprensión de cómo usar la luz para manipular las estructuras cristalinas que son pertinentes para el almacenamiento de energía, de una manera que no dañe los cristales, generará nuevas posibilidades en los sistemas de energía renovable a escala comercial.
Referencia: "Transporte de oxígeno fotoinducido en cristal de cobalto de perovskita doble EuBaCo2O5.39" por Masaki Hada, Satoshi Ohmura, Tadahiko Ishikawa, Masaki Saigo, Naoya Keio, Wataru Yajima, Tatsuya Suzuki, Daisuke Urushihara, Kou Takubo, Yusuke Masaki, Makoto Kenji Tsuruta, Yasuhiko Hayashi, Jiro Matsuo, Takayoshi Yokoya, Ken Onda, Fuyuki Shimojo, Muneaki Hase, Sumio Ishihara, Toru Asaka, Nobuyuki Abe, Taka-hisa Arima, Shin-ya Koshihara y Yoichi Okimoto, 2 de septiembre de 2021, Applied Materials Today .
