L'automobile et d'autres industries travaillent dur pour améliorer les performances des batteries rechargeables et des piles à combustible. Maintenant, des chercheurs du Japon ont fait une découverte qui ouvrira de nouvelles possibilités de stabilité environnementale future dans cette ligne de travail.

Dans une étude publiée récemment dans Matériaux appliqués aujourd'hui , des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont révélé que la lumière ultraviolette peut moduler le transport des ions oxyde dans un cristal de pérovskite à température ambiante, et, ce faisant, ont introduit un domaine de recherche auparavant inaccessible.

Les performances des électrolytes des batteries et des piles à combustible dépendent des mouvements des électrons et des ions à l'intérieur de l'électrolyte. La modulation du mouvement des ions oxyde dans l'électrolyte pourrait améliorer la fonctionnalité future des batteries et des piles à combustible, par exemple, en augmentant l'efficacité du stockage et de la production d'énergie. L'utilisation de la lumière pour moduler les mouvements des ions - qui élargit la source d'apports d'énergie possibles - n'a été démontrée à ce jour que pour les petits ions tels que les protons. Surmonter cette limitation des mouvements ioniques réalisables est quelque chose que les chercheurs de l'Université de Tsukuba ont cherché à résoudre.

"Traditionnellement, le transport d'atomes lourds et d'ions dans les matériaux à l'état solide a été difficile, ", déclare le co-auteur principal de l'étude, le professeur Masaki Hada. "Nous avons entrepris de concevoir un moyen simple de le faire d'une manière qui s'intègre parfaitement aux intrants énergétiques durables."

Pour faire ça, les chercheurs se sont concentrés sur des cristaux de cobalt à double pérovskite qui sont similaires aux matériaux courants dans la recherche sur les piles à combustible. Ils ont découvert que la lumière ultraviolette brillante sur les cristaux à température ambiante déplace les ions oxyde sans détruire les cristaux, ce qui signifie que la fonction des cristaux a été conservée.

"Résultats de diffraction électronique, résultats de spectroscopie, et les calculs correspondants ont confirmé cette interprétation, " explique le professeur Hada. " A une énergie délivrée de 2 millijoules par centimètre carré, environ 6 % des ions oxyde subissent un désordre substantiel dans les cristaux en quelques picosecondes, sans endommager le cristal."

Les liaisons cobalt-oxygène restreignent généralement considérablement le mouvement des oxydes, mais le transfert d'électrons induit par la lumière ultraviolette peut rompre ces liaisons. Cela facilite le mouvement des ions oxyde d'une manière qui accède à plusieurs états qui sont pertinents pour stocker l'apport d'énergie lumineuse.

Ces résultats ont des applications diverses. Une meilleure compréhension de la façon d'utiliser la lumière pour manipuler les structures cristallines pertinentes pour le stockage d'énergie, d'une manière qui n'endommage pas les cristaux, apportera de nouvelles possibilités dans les systèmes d'énergie renouvelable à l'échelle commerciale.