A indústria automotiva e outras estão trabalhando arduamente para melhorar o desempenho de baterias recarregáveis ​​e células de combustível. Agora, pesquisadores japoneses fizeram uma descoberta que possibilitará novas possibilidades de estabilidade ambiental futura nesta linha de trabalho.

Em um estudo publicado recentemente em Materiais Aplicados Hoje , pesquisadores da Universidade de Tsukuba revelaram que a luz ultravioleta pode modular o transporte de íons óxido em um cristal de perovskita em temperatura ambiente, e, ao fazê-lo, introduziram uma área de pesquisa anteriormente inacessível.

O desempenho dos eletrólitos da bateria e da célula de combustível depende dos movimentos dos elétrons e íons dentro do eletrólito. A modulação do movimento dos íons de óxido dentro do eletrólito pode melhorar a funcionalidade futura da bateria e da célula de combustível - por exemplo, aumentando a eficiência do armazenamento e da produção de energia. O uso da luz para modular os movimentos dos íons - o que expande a fonte de possíveis entradas de energia - só foi demonstrado até agora para íons pequenos, como os prótons. Superar essa limitação de movimentos iônicos alcançáveis ​​é algo que os pesquisadores da Universidade de Tsukuba pretendiam abordar.

"Tradicionalmente, o transporte de átomos e íons pesados ​​em materiais de estado sólido tem sido um desafio, "diz o co-autor sênior do estudo Professor Masaki Hada." Nós nos propusemos a conceber um meio fácil de fazer isso de uma forma que se integre perfeitamente com as entradas de energia sustentável. "

Para fazer isso, os pesquisadores se concentraram em cristais de dupla perovskita de cobalto que são semelhantes a materiais comuns em pesquisas com células de combustível. Eles descobriram que a luz ultravioleta brilhante sobre os cristais em temperatura ambiente desloca os íons de óxido sem destruir os cristais, o que significa que a função dos cristais foi mantida.

"Resultados de difração de elétrons, resultados de espectroscopia, e cálculos correspondentes confirmaram esta interpretação, "explica o professor Hada." Com uma energia fornecida de 2 milijoules por centímetro quadrado, aproximadamente 6% dos íons de óxido sofrem distúrbio substancial nos cristais em vários picossegundos, sem danificar o cristal. "

As ligações de cobalto-oxigênio normalmente restringem dramaticamente o movimento do óxido, mas a transferência de elétrons induzida pela luz ultravioleta pode quebrar essas ligações. Isso facilita o movimento do íon óxido de uma forma que acessa vários estados pertinentes ao armazenamento da entrada de energia da luz.

Esses resultados têm diversas aplicações. Uma maior compreensão de como usar a luz para manipular estruturas cristalinas que são pertinentes ao armazenamento de energia, de uma forma que não danifique os cristais, trará novas possibilidades em sistemas de energia renovável em escala comercial.