教授詹妮弗·鲁普博士，慕尼黑工业大学化学系固体电解质化学教授。鸣谢:Uli Benz / TUM锂离子电池、燃料电池和许多其他设备都依赖于离子的高迁移率才能正常工作。但是这种移动性存在大量障碍。由慕尼黑工业大学(TUM)的詹妮弗·l·m·鲁普和麻省理工学院(MIT)的哈里·l·泰勒领导的研究小组现在首次表明，光可以用来增加离子的移动性，并改善这种设备的性能。一种物质可以用许多不同的方式输送电荷。最熟悉的是金属的导电性，其中电荷由电子承担。然而，在许多设备中，离子传输电荷。一个例子是锂离子电池，其中锂离子在充电和放电期间移动。类似地，燃料电池依靠氢离子和氧离子的传输来导电。
目前正在研究陶瓷作为传输氧离子的固体电解质。但是:“我们发现，离子电导率——离子可以移动的速度，因此，最终设备的效率——通常会因离子在晶界上受阻而明显下降，”麻省理工学院的Harry L. Tuller教授说。
光使离子运动
在他们最近的出版物中，Tuller和他的同事Jennifer L. M .鲁普(慕尼黑工业大学固态电解质化学教授)展示了如何利用光来减少离子在陶瓷颗粒边界遇到的障碍。
许多基于离子导电性的装置，例如固体氧化物燃料电池，必须在非常高的温度下工作，以便离子能够克服晶界势垒。然而，高达70 0摄氏度的工作温度也带来了自身的挑战:材料老化更快，维持这种高温的基础设施成本高昂。
“我们的梦想是看看我们是否可以使用不需要加热的东西来克服障碍。我们能用另一种工具得到同样的电导率吗？”首席作者、博士生托马斯·德弗里尔说。这个工具原来是轻的，以前从来没有在这种背景下考察过。
能源转换和储存效率更高
“我们的研究表明，燃料电池的陶瓷材料照明以及未来可能的电池照明可以显著提高离子迁移率，”鲁普说。掺钆氧化铈是一种用作燃料电池固态电解质的陶瓷，光照使晶界处的电导率增加了3.5倍。
这种新发现的“光离子效应”在未来可能会有广泛的应用。例如，它可以改善未来锂离子电池中固态电解质的性能，从而促进更高的充电速度，或者为开发新的电化学存储和转换技术铺平道路，这些技术可以在更低的温度下工作，并实现更高的效率水平。
光也可以精确聚焦，使得在精确定义的点上空间控制离子流或切换陶瓷材料的导电性成为可能。
这项研究发表在《自然材料》上。
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