光动力电池和燃料电池设计的新机遇

时间：2022-06-06 09:59:42来源：

汽车和其他行业正在努力提高可充电电池和燃料电池的性能。现在，来自日本的研究人员的一项发现将为这项工作的未来环境稳定性提供新的可能性。

在最近发表在《今日应用材料》上的一项研究中，筑波大学的研究人员发现，紫外线可以在室温下调节钙钛矿晶体中的氧化物离子传输，从而引入了以前无法进入的研究领域。

电池和燃料电池电解质的性能取决于电解质中电子和离子的运动。调节电解质中氧化物离子的运动可以增强未来电池和燃料电池的功能——例如，通过提高能量存储和输出的效率。使用光来调节离子的运动 - 这扩大了可能的能量输入来源 - 迄今为止仅对质子等小离子进行了证明。克服可达到离子运动的这种限制是筑波大学的研究人员旨在解决的问题。

“传统上，固态材料中重原子和离子的传输一直具有挑战性，”该研究的共同资深作者 Masaki Hada 教授说。“我们着手设计一种简单的方法，以与可持续能源输入无缝集成的方式实现这一目标。”

为此，研究人员专注于与燃料电池研究中的常见材料相似的钴双钙钛矿晶体。他们发现在室温下用紫外线照射晶体会置换氧化物离子而不破坏晶体，这意味着晶体的功能得以保留。

“电子衍射结果、光谱结果和相应的计算证实了这种解释，”哈达教授解释说。“在每平方厘米 2 毫焦耳的传递能量下，大约 6% 的氧化物离子会在几皮秒内在晶体中发生明显的紊乱，而不会损坏晶体。”

钴氧键通常会极大地限制氧化物的运动，但紫外线诱导的电子转移会破坏这些键。这促进了氧化物离子的运动，以达到与存储光能输入相关的几种状态。

这些结果具有多种应用。更深入地了解如何使用光来操纵与能量存储相关的晶体结构，并且不会损坏晶体，这将为商业规模的可再生能源系统带来新的可能性。

文章“钴双钙钛矿晶体 EuBaCo2O5.39中的光诱导氧传输”发表在《今日应用材料》上。

资金：这项工作得到了日本科学促进会(JSPS KAKENHI 赠款编号 JP17H06375、JP18H05208、JP20H05106、JP20H04657 和 JP20H04657 和 JP20H01832)和日本 MEXT 优秀青年研究人员领导倡议的支持。Masaki Saigo 获得了 JSPS 青年科学家研究奖学金的资金支持。

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