新的研究發現，光可用於顯著提高燃料電池、鋰離子電池和其他基於帶電原子或離子運動的裝置的效能。
在《自然材料》雜誌上發表的一篇論文中，美國麻省理工學院和日本九州大學的研究人員解釋說，電荷可以以不同的方式透過材料，長期以來，光一直被用來激發電子，使它們更具導電性。常見的應用包括太陽能電池和超市門，當顧客經過時會自動開啟。
但根據該研究的合著者 Harry L. Tuller 的說法，鋰離子電池和燃料電池等裝置依賴於離子本身的運動，而不僅僅是它們的組成電子。在第一種情況下，移動發生在電池充電和放電期間，在第二種情況下，氫和氧離子移動產生電能。
問題在於，基於離子運動的應用背後的材料（稱為固體電解質）是陶瓷。陶瓷由微小的晶粒組成，這些晶粒在高溫下被壓實和燒製，形成緻密的結構。穿過材料的離子通常在晶粒之間的邊界處受阻。
“我們發現，離子電導率——離子移動的速率以及由此產生的裝置的效率——通常會因離子在這些晶界處被阻塞而顯著降低，”Tuller 說在一份媒體宣告中。
為了解決這個問題，Tuller 和他的工程師團隊探索瞭如何使用光來降低離子在晶界處遇到的勢壘。
“我們正在用光降低勢壘高度，這樣做我們能夠將離子的流動提高三倍，”Tuller 說。 “我們希望我們能夠透過最佳化系統將其提高到數量級。”
研究人員透過由二氧化鈰和釓組成的流行固體電解質特別證明了光對氧離子運動的影響，但他們的發現也有望應用於其他傳導不同元素的陶瓷系統。
在該小組看來，這項工作可以有很多應用。例如，它可以透過提高充電速率來提高薄鋰電池電解質的效能。光也可以被精細聚焦，允許在空間上非常精確的指定位置控制離子流。
該提議的缺點是一些基於離子電導率的裝置，如固體氧化物燃料電池，必須在非常高的溫度（約 700 攝氏度）下執行，離子才能克服並穿過晶界屏障。反過來，高溫會導致材料降解，而適應這種溫度的基礎設施非常昂貴。
“我們的夢想是看看我們是否可以使用不需要熱量的東西來克服障礙。我們能用另一種工具獲得相同的電導率嗎？”研究合著者 Thomas Defferriere 說。
“結果證明，那個工具很輕，以前從未在這種情況下探索過。”
