نور ممکن است عملکرد پیل های سوختی و باتری های لیتیوم یونی را افزایش دهد.

نور موجب تحرک یون ها می شود.

باتری‌های لیتیوم یون، پیل های سوختی و بسیاری از دستگاه‌های دیگر برای عملکرد درست به تحرک بالای یون‌ها وابسته هستند. اما تعداد زیادی از موانع برای چنین تحرکی وجود دارد. یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی جنیفر ال ام راپ از دانشگاه فنی مونیخ (TUM) و هری ال. تولر از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) اکنون برای اولین بار نشان داده اند که می توان از نور برای افزایش تحرک یون ها در بهبود عملکرد چنین دستگاه هایی استفاده کرد.

بار می تواند توسط یک ماده به روشهای مختلف حمل شود، مرسوم ترین آن رسانایی الکتریکی فلزات است، که بار توسط الکترون ها حمل می شود. اما در بسیاری از دستگاه ها، یون ها بار را حمل می کنند. یک مثال باتری های لیتیوم یونی است که در آنها یون های لیتیوم در هنگام شارژ و دشارژ حرکت می کنند. به طور مشابه، پیل‌های سوختی به انتقال یون‌های هیدروژن و اکسیژن برای هدایت الکتریسیته متکی هستند. سرامیک ها در حال حاضر به عنوان الکترولیت های جامد برای انتقال یون های اکسیژن مورد بررسی قرار می گیرند. اما پروفسور هری ال. تولر از موسسه فناوری ماساچوست می گوید«آنچه که دریافته شده این است که رسانایی یونی (سرعتی که یون‌ها می‌توانند حرکت کنند) و کارآمدی دستگاه حاصل اغلب با این واقعیت که یون‌ها در مرزهای دانه مسدود می‌شوند، به طور قابل توجهی از بین می رود.»

نور یون ها را درحال حرکت قرار می دهد

تولر و همکارش جنیفر ال ام راپ، پروفسور شیمی الکترولیت حالت جامد در دانشگاه فنی مونیخ، در نشریه فعلی خود نشان دادند که چگونه می‌توان از نور برای کاهش موانعی که یون‌ها در مرزهای دانه‌های سرامیکی با آن مواجه می‌شوند، استفاده کرد. بسیاری از دستگاه‌های مبتنی بر هدایت یونی، مانند سلول‌های سوختی اکسید جامد، باید در دماهای بسیار بالا کار کنند تا یون‌ها بتوانند بر موانع مرزی غلبه کنند. با این حال، دمای عملیاتی تا 700 درجه سانتیگراد، چالش‌های خاص خود را دارد: مواد سریع‌تر تخریب و حفظ زیرساخت در این دماهای بالا پرهزینه است. هدف این بود که دیده شود آیا می‌توان با استفاده از چیزی که به گرما نیاز ندارد بر موانع غلبه کرد؟ آیا می‌توان همان رسانایی را با ابزار دیگری بدست آورد؟» نویسنده اصلی و دانشجوی دکترا توماس دفریر می گوید معلوم شد که نور ابزار سبکی است که قبلاً هرگز در این زمینه بررسی نشده بود.

سطوح بازدهی بالاتر در تبدیل و ذخیره انرژی

راپ می‌گوید: «تحقیقات ما نشان می‌دهد که روشنایی مواد سرامیکی برای پیل های سوختی و احتمالاً باتری‌ها در آینده می‌تواند به طور قابل توجهی تحرک یون‌ها را افزایش دهد. در اکسید سریم دوپ شده با گادولینیوم، سرامیکی که به عنوان یک الکترولیت حالت جامد در پیل‌های سوختی استفاده می‌شود، نور توانسته رسانایی را در مرز دانه‌ها به میزان 3.5 افزایش دهد. این “اثر نوری یونی” تازه کشف شده می تواند در آینده کاربردهای گسترده ای پیدا کند. برای مثال، می‌تواند عملکرد الکترولیت‌های حالت جامد را در باتری‌های لیتیوم یونی آینده بهبود بخشد و در نتیجه سرعت شارژ بالاتر را تسهیل کند، یا می‌تواند راه را برای توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی و تبدیل الکتروشیمیایی جدید که در دماهای پایین‌تر کار می‌کنند و بازدهی بالاتری را به دست می‌آورند، هموار کند. سطوح نور همچنین می تواند دقیقاً متمرکز شود و کنترل جریان یون در نقاط مشخص شده یا تغییر رسانایی در مواد سرامیکی را ممکن می سازد.

اطلاعات بیشتر

این تحقیق توسط وزارت انرژی ایالات متحده به عنوان بخشی از برنامه خدمات انرژی، بنیاد ملی علوم ایالات متحده آمریکا، انجمن ژاپن برای ارتقای علم به عنوان بخشی از برنامه هسته به هسته، سوئیس حمایت شده. بخشی از تحقیقات در مرکز علوم و مهندسی تحقیقات مواد مؤسسه فناوری ماساچوست و بخش دیگر در مرکز سیستم‌های مقیاس نانو، که متعلق به شبکه زیرساخت ملی هماهنگ‌شده فناوری نانو بنیاد ملی علوم است، انجام شد. پروفسور هری ال. تولر در آزمایشگاه تحقیقات مواد MIT و در موسسه بین المللی تحقیقات انرژی کربن خنثی (I2CNER) در دانشگاه کیوشو تحقیق می کند. جنیفر ال ام راپ دانشیار علوم و مهندسی مواد در MIT و استاد شیمی الکترولیت حالت جامد در TUM و همچنین مدیر ارشد فناوری TUMint.Energy Research GmbH است.

برای مشاهده منبع خبر کلیک کنید.