Дослідники з Університету Цукуби, Токійського технологічного інституту, Хіросімського технологічного інституту та ін. індукував істотний рух оксидних іонів у кристалах перовскіту за допомогою імпульсів ультрафіолетового світла. Такий рух забезпечує засіб накопичення енергії в кристалах. Ця розробка допоможе дослідникам покращити функціональність твердотільних електролітів в батареях і паливних елементах. Авторство: Університет Цукуби
Дослідники з Університету Цукуби використовують імпульси ультрафіолетового світла, щоб отримати доступ до властивостей іонного провідника, які інакше важко безпечно досягти.
Автомобільна та інші галузі наполегливо працюють над покращенням продуктивності акумуляторних батарей і паливних елементів. Тепер дослідники з Японії зробили відкриття, яке відкриє нові можливості для майбутньої екологічної стабільності в цьому напрямку роботи.
У дослідженні, нещодавно опублікованому в Прикладні матеріали сьогодні, дослідники з Університету Цукуби виявили, що ультрафіолетове світло може модулювати транспорт іонів оксиду в кристалі перовскіту при кімнатній температурі, і таким чином запровадили раніше недоступну область досліджень.
Продуктивність електролітів акумуляторів і паливних елементів залежить від руху електронів і іонів в електроліті. Модулювання руху оксидних іонів в електроліті може покращити майбутню функціональність акумуляторів і паливних елементів, наприклад, підвищивши ефективність накопичення енергії та вихід. Використання світла для модуляції рухів іонів, що розширює джерело можливого надходження енергії, на сьогоднішній день було продемонстровано лише для малих іонів, таких як протони. Дослідники з Університету Цукуби мали на меті подолати це обмеження досяжних рухів іонів.
«Традиційно транспортування важких атомів та іонів у твердотільних матеріалах було складним завданням», — говорить співавтор дослідження, професор Масакі Хада. «Ми збираємося розробити простий спосіб зробити це таким чином, який бездоганно інтегрується зі сталими джерелами енергії».
Для цього дослідники зосередилися на кристалах подвійного перовскіту кобальту, які подібні до звичайних матеріалів у дослідженнях паливних елементів. Вони виявили, що потрапляння ультрафіолетового світла на кристали при кімнатній температурі витісняє іони оксиду, не руйнуючи кристали, що означає, що функція кристалів зберігається.
«Результати дифракції електронів, результати спектроскопії та відповідні розрахунки підтвердили цю інтерпретацію», — пояснює професор Хада. «При доставленій енергії 2 міліджоулі на квадратний сантиметр приблизно 6% оксидних іонів зазнають значного розладу в кристалах протягом декількох пікосекунд, не пошкоджуючи кристал».
Зв’язки кобальт–кисень зазвичай різко обмежують рух оксиду, але індукований ультрафіолетовим світлом перенос електронів може розірвати ці зв’язки. Це полегшує рух іонів оксиду таким чином, щоб отримати доступ до кількох станів, які мають відношення до зберігання вхідної енергії світла.
Ці результати мають різноманітне застосування. Краще розуміння того, як використовувати світло для маніпулювання кристалічними структурами, які мають відношення до зберігання енергії, таким чином, щоб не пошкодити кристали, відкриє нові можливості в комерційних системах відновлюваної енергії.
Довідка: «Фотоіндукований транспорт кисню в кристалі подвійного перовскіту кобальту EuBaCo2O5.39” Масакі Хада, Сатоші Омура, Тадахіко Ісікава, Масакі Сайго, Наоя Кейо, Ватару Ядзіма, Тацуя Сузукі, Дайсуке Урушіхара, Коу Такубо, Юсуке Масакі, Макото Кувахара, Кендзі Цурута, Ясухіко Хаясі, Дзіро Мацуо, Такайосі Йокоя, Кен Онда, Фуюкі Шімодзьо, Мунеакі Хасе, Суміо Ісіхара, Тору Асака, Нобуюкі Абе, Така-Хіса Аріма, Шін-я Косіхара та Йоічі Окімото, 2 вересня 2021 р., Прикладні матеріали сьогодні.
DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101167
Фінансування: цю роботу підтримало Японське товариство сприяння науці (номер гранту JSPS KAKENHI JP17H06375, JP18H05208, JP20H05106, JP20H04657 та JP20H01832) та Провідна ініціатива для чудових молодих дослідників, MEXT, Японія. Масакі Сайго отримав фінансову підтримку від JSPS Research Fellowship for Young Scientists.
