據外媒報道，汽車和其他行業正在努力提高可充電電池和燃料電池的性能。現在，來自日本的研究人員有了一項發現，它將為未來這一領域的環境穩定性提供新的可能性。在最近發表在《Applied Materials Today》上的一項研究中，來自筑波大學的研究人員揭示了紫外線可以在室溫下調節鈣鈦礦晶體中的氧化物離子傳輸並由此引入了一個以前無法進入的研究領域。
電池和燃料電池電解質的性能取決於電解質中電子和離子的運動。調節電解質中氧化物離子的運動可以增強未來電池和燃料電池的功能–如通過提高能量存儲和輸出的效率實現。而利用光來調節離子的運動–這擴展了可能的能量輸入源–迄今為止只在質子等小離子中得到過證實。筑波大學的研究人員則正在致力於克服可達到的離子運動的這一限制。
“傳統上，在固態材料中傳輸重原子和離子一直是一個挑戰，”該研究的論文共同資深作者Masaki Hada教授說道，“我們着手設計一種簡單的方式來實現這一目標並將其與可持續能源投入無縫結合。”
為了做到這一點，研究人員專註於鈷雙鈣鈦礦晶體，它類似於燃料電池研究中的常見材料。他們發現，在室溫下使用紫外線照射這一晶體，可以在不破壞晶體的情況下取代氧化物離子，這意味着晶體的功能得以保留。
Hada教授指出：“電子衍射結果、光譜學結果和相應的計算證實了這種解釋。在傳遞能量為每平方厘米2毫焦耳時，約6%的氧化物離子會在幾皮秒內在晶體中發生嚴重混亂，而不會破壞晶體。”
鈷氧鍵通常會極大地限制氧化物的運動，但紫外光誘導的電子轉移可以破壞這些鍵。這有助於氧化物離子的運動以一種方式進入幾個有關存儲光能輸入的狀態。
據了解，這些結果有着不同的應用。更深入地了解如何利用光來操縱跟能量儲存有關的晶體結構以一種不破壞晶體的方式將為商業規模的可再生能源系統帶來新的可能性。