中國(guó)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(yùn)動(dòng)的設(shè)備的性能。
由Dino Klotz博士操作的實(shí)驗(yàn)裝置表明,光可以根據(jù)帶電原子或離子的運(yùn)動(dòng)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(guó)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(zhǎng)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(yáng)能電池和超市門,當(dāng)顧客經(jīng)過時(shí)會(huì)自動(dòng)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(yùn)動(dòng),而不僅僅是它們的組成電子。鋰離子電池中,移動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生電能。
問題所在
基于離子運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)的速率以及由此產(chǎn)生的設(shè)備的效率——通常會(huì)因離子在這些晶界處被阻塞而顯著降低!盩uller說在一份媒體聲明中。
解決方案
Tuller和他的工程師團(tuán)隊(duì)探索了如何使用光來降低離子在晶界處遇到的勢(shì)壘。
“我們正在用光降低勢(shì)壘高度,這樣做我們能夠?qū)㈦x子的流動(dòng)提高三倍,”Tuller說!拔覀兿M覀兡軌蛲ㄟ^優(yōu)化系統(tǒng)將其提高到數(shù)量級(jí)!
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(duì)氧離子運(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(xì)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(diǎn)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(yùn)行,離子才能克服并穿過晶界屏障。反過來,高溫會(huì)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(mèng)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;蛘哂昧硪环N工具獲得相同的電導(dǎo)率”研究合著者Thomas Defferriere說。
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安)
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