Energia

Grazie alla luce un nuova soluzione per le batterie a stato solido del futuro

L’industria automobilistica e altre industrie sono al lavoro per migliorare le prestazioni delle batterie ricaricabili e delle celle a combustibile. Ora, i ricercatori giapponesi hanno fatto una scoperta che consentirà nuove possibilità per la futura stabilità ambientale in questa linea di lavoro. In uno studio recentemente pubblicato su Applied Materials Today, i ricercatori dell’Università di Tsukuba hanno infatti scoperto che la luce ultravioletta può modulare il trasporto di ioni di ossido in un cristallo di perovskite a temperatura ambiente, e così facendo hanno dischiuso un’area di ricerca precedentemente inaccessibile.

Le prestazioni degli elettroliti della batteria e della cella a combustibile dipendono dai movimenti di elettroni e ioni all’interno dell’elettrolita. La modulazione del movimento degli ioni di ossido all’interno dell’elettrolita potrebbe migliorare la futura funzionalità della batteria e della cella a combustibile, ad esempio aumentando l’efficienza dell’accumulo e della produzione di energia. L’uso della luce per modulare i moti degli ioni, che espande la fonte di possibili input di energia, è stato dimostrato fino ad oggi solo per piccoli ioni come i protoni. Superare questa limitazione dei moti ionici raggiungibili 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”, ha spiegato il co-autore dello studio, il professor Masaki Hada. “Abbiamo deciso di escogitare un mezzo semplice per farlo in un modo che si integri perfettamente con gli input di energia sostenibile”.

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 splendente sui cristalli a temperatura ambiente sposta gli ioni di ossido senza distruggere i cristalli, il che significa che la funzione dei cristalli resta immutata.

“I risultati della diffrazione elettronica, i risultati della spettroscopia e i calcoli corrispondenti hanno confermato questa interpretazione”, ha spiegato il professor Hada. “Con un’energia erogata di 2 millijoule per centimetro quadrato, circa il 6% degli ioni ossido subisce un disturbo sostanziale nei cristalli entro diversi picosecondi, senza danneggiare il cristallo”.

I legami cobalto-ossigeno normalmente 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 alla memorizzazione dell’input di energia luminosa.

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