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日本研究發現紫外線可調節離子傳輸 提升可充電電池/燃料電池性能

2021-09-09

目前,汽車行業及其他行業都在努力提高可充電電池和燃料電池的性能。據外媒報道,日本筑波大學的研究人員有了一項新發現,能夠實現這一愿景。研究人員揭示了,在室溫下,紫外線能夠調節鈣鈦礦晶體中氧化物離子的傳輸情況。


黑科技,燃料電池,可充電電池

紫外線脈沖(圖片來源:筑波大學)


而電池和燃料電池的性能就取決于電解質內電子和離子的運動情況。在電解質內調節氧化物離子的運動可以提升未來電池和燃料電池的功能,例如,可以提高能源存儲和輸出的效率。利用光調節離子的運動,擴展了能量輸入來源,迄今為止,此種技術只在質子等小離子中得到展示。因此,筑波大學的研究人員們正在克服這一限制,讓離子的運動也能得到調節。


Masaki Hada教授表示:“傳統上而言,在固態材料中運輸重原子和離子非常具有挑戰性,因此我們致力于設計一種簡單的方式以實現該目標,此種方式能夠與可持續的能源輸入集成在一起。”


為此,研究人員將研究重點放在與燃料電池研究中的常見材料類似的鈷雙鈣鈦礦晶體。他們發現,在室溫下,將紫外線光照射在該晶體上時,可以在不破壞晶體的情況下轉移氧化物離子,這也意味著晶體的功能得以保留。


研究人員解釋道:“電子衍射結果、光譜學結構和相應的計算都證實了這一現象。在傳遞能量為每平方厘米2毫焦耳時,大約有6%的氧化物離子會在幾秒內在晶體內發生嚴重的失序情況,但是不會破壞晶體。”


通常而言,鈷氧鍵會極大地限制氧化物的移動情況,但是經過紫外線誘導的電子運輸能夠破壞此類鈷氧鍵,這有助于氧化物離子以一種能夠與存儲光能量輸入相關的幾種狀態運動。


此類研究成果有各種應用,如果更深入了解如何利用光操控與能量存儲相關的晶體結構,同時又不破壞晶體,將能夠實現商業化的可再生能源系統。


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