筑波大学、東京工業大学、広島工業大学他の研究者。 紫外線のパルスを使用することにより、ペロブスカイト結晶内で酸化物イオンの実質的な動きを誘発しました。 このような動きは、結晶にエネルギーを蓄える手段を提供します。 この開発は、研究者がバッテリーや燃料電池の固体電解質の機能を改善するのに役立ちます。 クレジット：筑波大学
筑波大学の研究者は、紫外線パルスを使用して、安全に達成することが困難なイオン伝導体の特性にアクセスします。
自動車やその他の業界は、二次電池や燃料電池の性能を向上させるために懸命に取り組んでいます。 現在、日本の研究者たちは、この一連の作業において将来の環境安定性の新たな可能性を可能にする発見をしました。
最近発表された研究では Applied Materials Today、筑波大学の研究者は、紫外線が室温でペロブスカイト結晶の酸化物イオン輸送を調節できることを明らかにし、そうすることで、以前はアクセスできなかった研究分野を導入しました。
バッテリーと燃料電池の電解質の性能は、電解質内の電子とイオンの動きに依存します。 電解質内の酸化物イオンの動きを調整することで、たとえばエネルギー貯蔵と出力の効率を高めることにより、将来のバッテリーと燃料電池の機能を強化することができます。 可能なエネルギー入力の源を拡大するイオンの動きを変調するための光の使用は、これまで陽子などの小さなイオンについてのみ実証されてきました。 達成可能なイオン運動のこの制限を克服することは、筑波大学の研究者が取り組むことを目的としたものです。
「従来、固体材料中の重原子とイオンの輸送は困難でした」と、研究の共同主執筆者である羽田正樹教授は述べています。 「私たちは、持続可能なエネルギー投入とシームレスに統合する方法でそうするための簡単な手段を考案することに着手しました。」
これを行うために、研究者たちは、燃料電池の研究で一般的な材料に類似しているコバルトダブルペロブスカイト結晶に焦点を合わせました。 彼らは、室温で結晶に紫外線を当てると、結晶を破壊することなく酸化物イオンを置換することを発見しました。これは、結晶の機能が保持されていることを意味します。
「電子線回折の結果、分光法の結果、および対応する計算により、この解釈が確認されました」と羽田教授は説明します。 「2平方センチメートルあたり6ミリジュールのエネルギーが供給されると、酸化物イオンの約XNUMX％が、結晶に損傷を与えることなく、数ピコ秒以内に結晶内で実質的な乱れを起こします。」
コバルトと酸素の結合は通常、酸化物の動きを劇的に制限しますが、紫外線によって誘発される電子移動によってこれらの結合が切断される可能性があります。 これは、光エネルギー入力の保存に関連するいくつかの状態にアクセスする方法で酸化物イオンの動きを促進します。
これらの結果にはさまざまな用途があります。 光を使用して、結晶に損傷を与えない方法でエネルギー貯蔵に関連する結晶構造を操作する方法をより深く理解することで、商業規模の再生可能エネルギーシステムに新しい可能性がもたらされます。
参考：「コバルトダブルペロブスカイト結晶EuBaCoにおける光誘起酸素輸送2O5.39」葉田正樹、大村聡、石川忠彦、西郷正樹、圭夫直哉、矢島和太郎、鈴木達也、漆原大輔、拓保幸、正樹悠介、桑原誠、鶴田健二、林康彦、松尾二郎、横谷隆義、恩田健下條冬樹、長谷宗明、石原澄雄、浅香徹、阿部信行、有馬隆久、越原真也、沖本陽一、2年2021月XNUMX日 Applied Materials Today.
DOI：10.1016 / j.apmt.2021.101167
資金提供：この研究は、日本学術振興会（JSPS科研費助成番号JP17H06375、JP18H05208、JP20H05106、JP20H04657、JP20H01832）および文部科学省の優秀な若手研究者のためのリーディングイニシアチブによって支援されました。 西郷正樹は、日本学術振興会若手研究員から資金援助を受けました。
