中國粉體網(wǎng)訊 新的研究發(fā)現(xiàn)，光可用于顯著提高燃料電池、鋰離子電池和其他基于帶電原子或離子運動的設(shè)備的性能。
由Dino Klotz博士操作的實驗裝置表明，光可以根據(jù)帶電原子或離子的運動來提高燃料電池，鋰電池和其他設(shè)備的性能。（來源：麻省理工學(xué)院）
在《Nature Materials》上發(fā)表的一篇論文中，美國麻省理工學(xué)院和日本九州大學(xué)的研究人員解釋說，電荷可以以不同的方式通過材料，長期以來，光一直被用來激發(fā)電子，使它們更具導(dǎo)電性。常見的應(yīng)用包括太陽能電池和超市門，當顧客經(jīng)過時會自動打開。
但根據(jù)該研究的合著者Harry L.Tuller的說法，鋰離子電池和燃料電池等設(shè)備依賴于離子本身的運動，而不僅僅是它們的組成電子。鋰離子電池中，移動發(fā)生在電池充電和放電期間；燃料電池中，氫和氧離子移動產(chǎn)生電能。
問題所在
基于離子運動的應(yīng)用的材料（稱為固體電解質(zhì)）是陶瓷。陶瓷由微小的晶粒組成，這些晶粒在高溫下被壓實和燒制，形成致密的結(jié)構(gòu)。穿過材料的離子通常在晶粒之間的邊界處受阻。
“我們發(fā)現(xiàn)，離子電導(dǎo)率--離子移動的速率以及由此產(chǎn)生的設(shè)備的效率——通常會因離子在這些晶界處被阻塞而顯著降低。”Tuller說在一份媒體聲明中。
解決方案
Tuller和他的工程師團隊探索了如何使用光來降低離子在晶界處遇到的勢壘。
“我們正在用光降低勢壘高度，這樣做我們能夠?qū)㈦x子的流動提高三倍，”Tuller說。“我們希望我們能夠通過優(yōu)化系統(tǒng)將其提高到數(shù)量級。”
研究人員特別證明了光通過由二氧化鈰和釓組成的流行固體電解質(zhì)對氧離子運動的影響，但他們的發(fā)現(xiàn)也有望應(yīng)用于傳導(dǎo)不同元素的其他陶瓷系統(tǒng)。
在該小組看來，這項工作可以有很多應(yīng)用。例如，它可以通過提高充電速率來提高薄鋰電池電解質(zhì)的性能。光也可以被精細聚焦，允許在空間上非常精確的指定位置控制離子流。
該提議的缺點是一些基于離子電導(dǎo)率的設(shè)備，如固體氧化物燃料電池，必須在非常高的溫度（約 700 攝氏度）下運行，離子才能克服并穿過晶界屏障。反過來，高溫會導(dǎo)致材料降解，而適應(yīng)這種溫度的基礎(chǔ)設(shè)施非常昂貴。
“我們的夢想是看看我們是否可以使用不需要熱量的東西來克服障礙。或者用另一種工具獲得相同的電導(dǎo)率”研究合著者Thomas Defferriere說。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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