科学家发现了光动力电池和燃料电池设计的新机遇

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–如通过提高能量存储和输出的效率实现。而利用光来调节离子的运动–这扩展了可能的能量输入源–迄今为止只在质子等小离子中得到过证实。筑波大学的研究人员则正在致力于克服可达到的离子运动的这一限制。

“传统上，在固态材料中传输重原子和离子一直是一个挑战，”该研究的论文共同资深作者Masaki Hada教授说道，“我们着手设计一种简单的方式来实现这一目标并将其与可持续能源投入无缝结合。”

为了做到这一点，研究人员专注于钴双钙钛矿晶体，它类似于燃料电池研究中的常见材料。他们发现，在室温下使用紫外线照射这一晶体，可以在不破坏晶体的情况下取代氧化物离子，这意味着晶体的功能得以保留。

Hada教授指出：“电子衍射结果、光谱学结果和相应的计算证实了这种解释。在传递能量为每平方厘米2毫焦耳时，约6%的氧化物离子会在几皮秒内在晶体中发生严重混乱，而不会破坏晶体。”

钴氧键通常会极大地限制氧化物的运动，但紫外光诱导的电子转移可以破坏这些键。这有助于氧化物离子的运动以一种方式进入几个有关存储光能输入的状态。

据了解，这些结果有着不同的应用。更深入地了解如何利用光来操纵跟能量储存有关的晶体结构以一种不破坏晶体的方式将为商业规模的可再生能源系统带来新的可能性。