伊丽莎白·阿
麻省理工学院材料研究实验室汤姆森 麻省理工学院教授哈里·L
图勒(右)，研究生托马斯·德费里尔和他的同事已经展示了光如何基于带电原子或离子的运动来提高锂电池、燃料电池和其他设备的性能
学分:丹尼斯·派斯特，麻省理工学院材料研究实验室，2019 麻省理工学院和日本九州大学的工程师首次证明，光可以用来显著提高燃料电池、锂电池和其他基于带电原子或离子运动的设备的性能
电荷可以以不同的方式穿过物质
我们最熟悉的是组成原子的电子所携带的电荷
长期以来，光被用来激发电子，使它们更具导电性
常见的应用包括太阳能电池，甚至是顾客经过时自动打开的超市门
后者依靠门上的传感器，由顾客自然发出的红外辐射——光——激活
“但是有许多设备依赖于离子本身的运动，而不仅仅是它们的组成电子，”哈里·L说
图勒，R
P
麻省理工学院材料科学与工程系(DMSE)陶瓷与电子材料教授
例子包括锂电池，这取决于锂离子在电池充电和放电过程中的运动
同样，燃料电池依靠氢离子和氧离子的运动来发电
图勒与珍妮弗·L共同领导了目前的工作
M
鲁普，麻省理工学院材料科学与工程副教授，德国慕尼黑工业大学固态电解质化学副教授
问题是 “问题来了，”图勒说，他也是麻省理工学院材料研究实验室(鲁普也是)和九州大学国际碳中和能源研究所(I2CNER)的成员
基于离子运动的应用背后的材料，被称为固体电解质，是陶瓷
而陶瓷则由微小的微晶颗粒组成，这些颗粒被压实并在高温下烧制形成致密的结构
问题是，穿过材料的离子经常在颗粒之间的边界处受阻
图勒说:“我们发现，离子电导率——离子移动的速度，以及由此产生的器件的效率——通常会因离子在这些晶界处受阻而显著下降。”
解决方案 在1月13日出版的《自然材料》杂志上报道的这项新工作中，工程师们展示了如何利用光来降低离子在晶界处遇到的势垒
“我们正在用光降低屏障高度，这样做，我们能够将离子的流量提高三倍，”图勒说
“我们预计，通过优化系统，我们应该能够将这一数字提高到几个数量级
" 正如DMSE大学研究生托马斯·德费里埃所解释的，“把这道屏障想象成两座山之间的一个深谷
一个试图从一座山到达另一座山的人将面临艰难的徒步旅行
然而，想象一下峡谷充满了水
突然间，旅行变得容易多了
徒步旅行者可以简单地乘船或游泳
" 博士操作的实验装置
迪诺·克洛茨展示了光可以提高燃料电池、锂电池和其他基于带电原子或离子运动的设备的性能
Klotz是国际碳中和能源研究所(I2CNER)的助理教授，也是麻省理工学院的一个研究分支
信用:Yuki Nogami (I2CNER) 研究人员特别证明了光对氧离子通过由二氧化铈和钆组成的普通固体电解质的影响
“我们的发现，”Defferriere说，“也有望应用于其他传导不同元素的陶瓷系统
" 威廉·楚是斯坦福大学材料科学与工程的副教授
没有参与自然材料研究的觉说: “虽然电子在光照下的运动得到了广泛的研究，但离子的运动直到现在才受到关注
图勒和他的同事的工作表明，燃料电池、电解槽和电池的照明材料可以大大降低离子运动的瓶颈
这一有趣的发现为利用光来增强通常在黑暗中运行的能量存储和转换设备开辟了诱人的可能性
" 索西纳·海尔是沃尔特·P
墨菲西北大学材料科学与工程教授
海尔说，他没有参与目前的工作: “这是一个非常令人兴奋的结果
它甚至暗示光可以作为开关来开启和关闭离子运动
如果这是真的，可能性是惊人的
" 许多应用 这项工作可以有许多应用
例如，它可以通过提高充电速率来提高薄锂电池电解质的性能
光也可以精细聚焦，允许在非常精确的指定位置控制离子的空间流动
Tuller和Defferriere指出，一些基于离子导电性的设备，如固体氧化物燃料电池，必须在非常高的温度下(约700摄氏度)运行，离子才能克服并穿过晶界势垒
而高温反过来也带来了自己的问题
例如，材料本身会降解，而适应这种温度的基础设施是昂贵的
“我们的梦想是看看我们是否能使用不需要热量的东西来克服障碍
我们能用另一种工具得到同样的电导率吗？”Defferriere说
这个工具被证明是轻的，在这种情况下以前从未被探索过
这项工作非常跨学科
Defferriere说:“这迫使我们走出传统领域的舒适区，进入半导体领域，传统领域涉及陶瓷和电化学。”
“这是其中一个例子，如果我们留在自己的领域，我们不可能想出这个，也不可能解释它
非常令人兴奋
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
