Các nhà khoa học phát hiện ra cơ hội mới cho thiết kế pin và pin nhiên liệu chạy bằng năng lượng nhẹ

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tsukuba sử dụng các xung ánh sáng cực tím để tiếp cận các đặc tính dẫn ion mà nếu không đạt được một cách an toàn.

Ô tô và các ngành công nghiệp khác đang nỗ lực cải thiện hiệu suất của pin sạc và pin nhiên liệu. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã có một khám phá cho phép tạo ra những khả năng mới cho sự ổn định môi trường trong tương lai trong dòng công việc này.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Applied Materials Today , các nhà nghiên cứu từ Đại học Tsukuba đã tiết lộ rằng ánh sáng cực tím có thể điều chỉnh sự vận chuyển ion oxit trong tinh thể perovskite ở nhiệt độ phòng, và làm như vậy đã giới thiệu một lĩnh vực nghiên cứu trước đây không thể tiếp cận được.

Hiệu suất của pin và chất điện phân trong tế bào nhiên liệu phụ thuộc vào chuyển động của các electron và ion trong chất điện phân. Điều chỉnh chuyển động của các ion oxit trong chất điện phân có thể nâng cao chức năng của pin và pin nhiên liệu trong tương lai — ví dụ, bằng cách tăng hiệu quả của việc lưu trữ và đầu ra năng lượng. Việc sử dụng ánh sáng để điều chỉnh chuyển động của các ion – giúp mở rộng nguồn năng lượng đầu vào có thể có – cho đến nay mới chỉ được chứng minh đối với các ion nhỏ như proton. Khắc phục hạn chế này của các chuyển động ion có thể đạt được là điều mà các nhà nghiên cứu tại Đại học Tsukuba muốn giải quyết.

“Theo truyền thống, việc vận chuyển các nguyên tử và ion nặng trong các vật liệu ở trạng thái rắn là một thách thức,” đồng tác giả của nghiên cứu, Giáo sư Masaki Hada cho biết. “Chúng tôi đặt ra để tạo ra một phương tiện dễ dàng để làm như vậy theo cách tích hợp liền mạch với các đầu vào năng lượng bền vững.”

Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các tinh thể perovskite kép coban tương tự như các vật liệu phổ biến trong nghiên cứu pin nhiên liệu. Họ phát hiện ra rằng việc chiếu tia cực tím vào các tinh thể ở nhiệt độ phòng sẽ làm thay thế các ion oxit mà không phá hủy các tinh thể, có nghĩa là chức năng của các tinh thể vẫn được giữ lại.

Giáo sư Hada giải thích: “Kết quả nhiễu xạ điện tử, kết quả quang phổ và các phép tính tương ứng đã xác nhận cách giải thích này. “Với năng lượng được phân phối là 2 milijoules trên một cm vuông, khoảng 6% các ion oxit trải qua sự rối loạn đáng kể trong các tinh thể trong vòng vài pico giây, mà không làm hỏng tinh thể.”

Các liên kết coban-oxy thường hạn chế đáng kể chuyển động của oxit, nhưng sự chuyển điện tử do tia cực tím gây ra có thể phá vỡ các liên kết này. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động của ion oxit theo cách tiếp cận một số trạng thái thích hợp để lưu trữ năng lượng ánh sáng đầu vào.

Những kết quả này có các ứng dụng đa dạng. Sự hiểu biết nhiều hơn về cách sử dụng ánh sáng để điều khiển các cấu trúc tinh thể thích hợp với việc lưu trữ năng lượng, theo cách không làm hỏng các tinh thể, sẽ mang lại những khả năng mới trong các hệ thống năng lượng tái tạo quy mô thương mại.

Tham khảo: “Sự vận chuyển oxy bằng quang ảnh trong tinh thể perovskite coban kép EuBaCo ₂ O _5.39 ” của Masaki Hada, Satoshi Ohmura, Tadahiko Ishikawa, Masaki Saigo, Naoya Keio, Wataru Yajima, Tatsuya Suzuki, Daisuke Urushihara, Kou Takubo, Yusuke Masaki, Makoto Kuwaharabo , 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 và Yoichi Okimoto, ngày 2 tháng 9 năm 2021, Vật liệu ứng dụng Hôm nay .
DOI: 10.1016 / j.apmt.2021.101167

Kinh phí: Công trình này được hỗ trợ bởi Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Nhật Bản (số tài trợ JSPS KAKENHI JP17H06375, JP18H05208, JP20H05106, JP20H04657 và JP20H01832) và Sáng kiến Hàng đầu dành cho Các Nhà nghiên cứu Trẻ Xuất sắc, MEXT, Nhật Bản. Masaki Saigo đã nhận được hỗ trợ tài chính từ Học bổng Nghiên cứu JSPS dành cho các nhà khoa học trẻ.

Theo Scitechdaily