Navorsers van die Universiteit van Tsukuba, Tokyo Institute of Technology, Hiroshima Institute of Technology, et al. aansienlike beweging van oksiedione binne perovskietkristalle geïnduseer deur pulse van ultraviolet lig te gebruik. Sulke beweging bied 'n manier om energie in die kristalle te stoor. Hierdie ontwikkeling sal navorsers help om die funksionaliteit van vastestof-elektroliete in batterye en brandstofselle te verbeter. Krediet: Universiteit van Tsukuba
Navorsers van die Universiteit van Tsukuba gebruik ultravioletligpulse om toegang te verkry tot ioongeleierseienskappe wat andersins moeilik is om veilig te bereik.
Motor- en ander nywerhede is hard besig om die werkverrigting van herlaaibare batterye en brandstofselle te verbeter. Nou het navorsers van Japan 'n ontdekking gemaak wat nuwe moontlikhede vir toekomstige omgewingstabiliteit in hierdie werkvorm sal moontlik maak.
In 'n studie wat onlangs in Toegepaste materiaal vandag, het navorsers van die Universiteit van Tsukuba aan die lig gebring dat ultravioletlig oksied-ioonvervoer in 'n perovskietkristal by kamertemperatuur kan moduleer, en sodoende 'n voorheen ontoeganklike navorsingsgebied bekendgestel.
Die werkverrigting van battery- en brandstofselelektroliete hang af van die bewegings van elektrone en ione binne die elektroliet. Modulering van die beweging van oksiedione binne die elektroliet kan toekomstige battery- en brandstofselfunksionaliteit verbeter - byvoorbeeld deur die doeltreffendheid van die energieberging en -uitset te verhoog. Die gebruik van lig om die bewegings van ione te moduleer—wat die bron van moontlike energie-insette uitbrei—is tot op hede net gedemonstreer vir klein ione soos protone. Om hierdie beperking van haalbare ioonbewegings te oorkom, is iets wat die navorsers aan die Universiteit van Tsukuba wou aanspreek.
"Tradisioneel was die vervoer van swaar atome en ione in vastestofmateriale uitdagend," sê mede-senior skrywer van die studie Professor Masaki Hada. "Ons het daarop gemik om 'n maklike manier te bedink om dit te doen op 'n manier wat naatloos met volhoubare energie-insette integreer."
Om dit te doen, het die navorsers gefokus op kobalt-dubbelperovskietkristalle wat soortgelyk is aan algemene materiale in brandstofselnavorsing. Hulle het gevind dat die skyn van ultraviolet lig op die kristalle by kamertemperatuur oksiedione verplaas sonder om die kristalle te vernietig, wat beteken dat die funksie van die kristalle behoue bly.
"Elektrondiffraksieresultate, spektroskopie-resultate en ooreenstemmende berekeninge het hierdie interpretasie bevestig," verduidelik professor Hada. "Teen 'n gelewerde energie van 2 millijoule per vierkante sentimeter ondergaan ongeveer 6% van die oksiedione aansienlike wanorde in die kristalle binne 'n paar pikosekondes, sonder om die kristal te beskadig."
Kobalt-suurstofbindings beperk gewoonlik oksiedbeweging dramaties, maar ultravioletlig-geïnduseerde elektronoordrag kan hierdie bindings breek. Dit fasiliteer oksied-ioonbeweging op 'n manier wat toegang verkry tot verskeie toestande wat relevant is vir die stoor van die ligenergie-insette.
Hierdie resultate het uiteenlopende toepassings. 'n Groter begrip van hoe om lig te gebruik om kristalstrukture wat relevant is vir energieberging te manipuleer, op 'n manier wat nie die kristalle beskadig nie, sal nuwe moontlikhede in kommersiële-skaal hernubare energiestelsels meebring.
Verwysing: "Fotogeïnduseerde suurstofvervoer in kobalt dubbel-perovskiet kristal EuBaCo2O5.39” deur Masaki Hada, Satoshi Ohmura, Tadahiko Ishikawa, Masaki Saigo, Naoya Keio, Wataru Yajima, Tatsuya Suzuki, Daisuke Urushihara, Kou Takubo, Yusuke Masaki, Makoto Kuwahara, Kenji Tsuruta, Yasuhiko Matsushi Hayashi, J, On Fuyuki Shimojo, Muneaki Hase, Sumio Ishihara, Toru Asaka, Nobuyuki Abe, Taka-hisa Arima, Shin-ya Koshihara en Yoichi Okimoto, 2 September 2021, Toegepaste materiaal vandag.
DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101167
Befondsing: Hierdie werk is ondersteun deur die Japanse Vereniging vir die Bevordering van Wetenskap (JSPS KAKENHI-toekenningnommers JP17H06375, JP18H05208, JP20H05106, JP20H04657, en JP20H01832) en die Leading Initiative for, MEXTt Young Researchers, Japan. Masaki Saigo het finansiële ondersteuning van die JSPS Navorsingsgenootskap vir Jong Wetenskaplikes ontvang.
