673886040@qq.com
Ученые открывают новые возможности для создания легких аккумуляторов и топливных элементов
Автомобильная и другие отрасли промышленности усиленно работают над улучшением характеристик аккумуляторных батарей и топливных элементов. Теперь исследователи из Японии сделали открытие, которое откроет новые возможности для будущей экологической стабильности в этом направлении работы.
В исследовании, недавно опубликованном в Applied Materials Today, исследователи из Университета Цукубы показали, что ультрафиолетовый свет может модулировать перенос оксидных ионов в кристалле перовскита при комнатной температуре, и тем самым открыли ранее недоступную область исследований.
Эффективность электролитов аккумуляторных батарей и топливных элементов зависит от движения электронов и ионов внутри электролита. Модуляция движения оксидных ионов в электролите может улучшить будущие возможности аккумуляторных батарей и топливных элементов, например, за счет повышения эффективности накопления и выхода энергии. Использование света для модуляции движения ионов - что расширяет источник возможных энергозатрат - до сих пор было продемонстрировано только для небольших ионов, таких как протоны. Преодоление этого ограничения достижимого движения ионов - это то, к чему стремились исследователи из Университета Цукубы.
«Традиционно перенос тяжелых атомов и ионов в твердотельных материалах был сложной задачей, - говорит соавтор исследования профессор Масаки Хада. «Мы намереваемся разработать простые средства для достижения этой цели, которые бы легко интегрировались с устойчивыми энергозатратами».
Для этого исследователи сосредоточились на кристаллах двойного перовскита кобальта, которые похожи на обычные материалы в исследованиях топливных элементов. Они обнаружили, что яркий ультрафиолетовый свет на кристаллах при комнатной температуре вытесняет ионы оксида, не разрушая кристаллы, а это означает, что функция кристаллов сохраняется.
«Результаты электронной дифракции, результаты спектроскопии и соответствующие расчеты подтвердили эту интерпретацию», - объясняет профессор Хада. «При доставленной энергии 2 миллиджоулей на квадратный сантиметр примерно 6% оксидных ионов претерпевают существенный беспорядок в кристаллах в течение нескольких пикосекунд, не повреждая кристалл».
Связи кобальт-кислород обычно резко ограничивают движение оксида, но перенос электронов, вызванный ультрафиолетовым светом, может разорвать эти связи. Это облегчает движение оксидных ионов таким образом, чтобы получить доступ к нескольким состояниям, которые имеют отношение к сохранению подводимой световой энергии.
Эти результаты имеют разнообразные приложения. Лучшее понимание того, как использовать свет для управления кристаллическими структурами, имеющими отношение к хранению энергии, таким образом, чтобы не повредить кристаллы, откроет новые возможности в коммерческих системах возобновляемых источников энергии.
Ссылка: «Фотоиндуцированный перенос кислорода в кристалле двойного перовскита кобальта EuBaCo2O5.39» Масаки Хада, Сатоши Омура, Тадахико Исикава, Масаки Сайго, Наоя Кейо, Ватару Ядзима, Тацуя Судзуки, Дайсуке Урушихара, Ку Куу Такубо, Юй Кендзи Цурута, Ясухико Хаяси, Дзиро Мацуо, Такаяоши Ёкоя, Кен Онда, Фуюки Шимодзё, Мунэаки Хасе, Сумио Исихара, Тору Асака, Нобуюки Абэ, Така-хиса Арима, Shin-ya Applied Koshihara и Yoichi Okimoto, материалы 2 сентября 2021 года .
Финансирование: Эта работа была поддержана Японским обществом содействия науке (номера грантов JSPS KAKENHI JP17H06375, JP18H05208, JP20H05106, JP20H04657 и JP20H01832) и Leading Initiative for Superior Young Researcher, MEXT, Japan. Масаки Сайго получил финансовую поддержку от исследовательского сообщества JSPS для молодых ученых.
