L'industria automobilistica e altre industrie stanno lavorando duramente per migliorare le prestazioni delle batterie ricaricabili e delle celle a combustibile. Ora, ricercatori dal Giappone hanno fatto una scoperta che consentirà nuove possibilità per la futura stabilità ambientale in questa linea di lavoro.

In uno studio recentemente pubblicato su Materiali applicati oggi , ricercatori dell'Università di Tsukuba hanno rivelato che la luce ultravioletta può modulare il trasporto di ioni ossido in un cristallo di perovskite a temperatura ambiente, e così facendo hanno introdotto un'area di ricerca prima inaccessibile.

Le prestazioni degli elettroliti delle batterie e delle celle a combustibile dipendono dai movimenti degli elettroni e degli ioni all'interno dell'elettrolita. La modulazione del movimento degli ioni ossido all'interno dell'elettrolita potrebbe migliorare la futura funzionalità della batteria e delle celle a combustibile, ad esempio aumentando l'efficienza dello stoccaggio e della produzione di energia. L'uso della luce per modulare i movimenti degli ioni, che espande la fonte di possibili input di energia, è stato finora dimostrato solo per piccoli ioni come i protoni. Il superamento di questa limitazione dei movimenti degli ioni ottenibili è qualcosa che i ricercatori dell'Università di Tsukuba miravano ad affrontare.

"Tradizionalmente, il trasporto di atomi e ioni pesanti nei materiali allo stato solido è stato impegnativo, ", afferma il co-autore senior dello studio, il professor Masaki Hada. "Abbiamo deciso di escogitare un mezzo semplice per farlo in un modo che si integrasse perfettamente con gli input energetici sostenibili".

Per fare questo, i ricercatori si sono concentrati sui cristalli di doppia perovskite di cobalto che sono simili ai materiali comuni nella ricerca sulle celle a combustibile. Hanno scoperto che la luce ultravioletta sui cristalli a temperatura ambiente sposta gli ioni di ossido senza distruggere i cristalli, il che significa che la funzione dei cristalli è stata mantenuta.

"Risultati di diffrazione elettronica, risultati della spettroscopia, e calcoli corrispondenti hanno confermato questa interpretazione, " spiega il professor Hada. "A un'energia erogata di 2 millijoule per centimetro quadrato, circa il 6% degli ioni ossido subisce un sostanziale disordine nei cristalli entro diversi picosecondi, senza danneggiare il cristallo."

I legami cobalto-ossigeno di solito limitano drasticamente il movimento dell'ossido, ma il trasferimento di elettroni indotto dalla luce ultravioletta può rompere questi legami. Ciò facilita il movimento degli ioni di ossido in un modo che accede a diversi stati che sono pertinenti per immagazzinare l'input di energia luminosa.

Questi risultati hanno diverse applicazioni. Una maggiore comprensione di come utilizzare la luce per manipolare le strutture cristalline pertinenti allo stoccaggio di energia, in modo da non danneggiare i cristalli, porterà nuove possibilità nei sistemi di energia rinnovabile su scala commerciale.