La luz puede utilizarse para mejorar considerablemente el rendimiento de las pilas de combustible, las baterías de iones de litio y otros dispositivos basados en el movimiento de átomos cargados, o iones, según una nueva investigación.
En un artículo publicado en Nature Materials, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.) y de la Universidad de Kyushu (Japón) explican que la carga se puede transportar a través de los materiales de diferentes maneras y que la luz se utiliza desde hace tiempo para excitar los electrones y hacerlos más conductores.
Las aplicaciones más comunes son las células solares y las puertas de los supermercados que se abren automáticamente cuando pasa un cliente.
Pero, según Harry L. Tuller, coautor del estudio, dispositivos como las baterías de iones de litio y las pilas de combustible dependen del movimiento de los propios iones y no sólo de los electrones que los componen. En el primer caso, el movimiento se produce durante la carga y descarga de la batería, y en el segundo, los iones de hidrógeno y oxígeno se mueven para crear electricidad.
El problema es que los materiales de las aplicaciones basadas en el movimiento de los iones, conocidos como electrolitos sólidos, son cerámicos. Las cerámicas están compuestas por diminutos granos de cristalitos que se compactan y cuecen a altas temperaturas para formar una estructura densa. Los iones que atraviesan el material suelen quedar bloqueados en los límites entre los granos.
“Lo que descubrimos es que la conductividad iónica -la velocidad a la que se mueven los iones y, por tanto, la eficacia del dispositivo resultante- se ve a menudo notablemente degradada por el hecho de que los iones quedan bloqueados en estos límites de los granos”, explica Tuller en un comunicado de prensa.
Para resolver este problema, él y su equipo de ingenieros estudiaron cómo utilizar la luz para reducir la barrera que encuentran los iones en los límites de los granos.
“Estamos reduciendo la altura de la barrera con la luz, y al hacerlo somos capaces de mejorar el flujo de los iones por un factor de tres”, dijo Tuller. “Esperamos poder aumentar esa cifra a órdenes de magnitud optimizando el sistema”.
Los investigadores demostraron específicamente el efecto de la luz en el movimiento de los iones de oxígeno a través de un popular electrolito sólido compuesto de ceria y gadolinio, pero se espera que sus hallazgos se apliquen también a otros sistemas cerámicos que conducen diferentes elementos.
En opinión del grupo, este trabajo podría tener muchas aplicaciones. Por ejemplo, podría mejorar el rendimiento de los electrolitos finos de las baterías de litio aumentando la velocidad de carga. La luz también puede enfocarse con precisión, lo que permitiría controlar el flujo de iones espacialmente en lugares específicos muy precisos.
El inconveniente de esta propuesta es que algunos dispositivos basados en la conductividad iónica, como las pilas de combustible de óxido sólido, deben funcionar a temperaturas muy elevadas (~700 grados centígrados) para que los iones superen y atraviesen las barreras de los límites de los granos. Y las altas temperaturas, a su vez, pueden hacer que el material se degrade, y la infraestructura para adaptarse a tales temperaturas es cara.
“Nuestro sueño era ver si podíamos superar las barreras utilizando algo que no requiriera calor. ¿Podríamos obtener las mismas conductividades con otra herramienta?”, dijo Thomas Defferriere, coautor del estudio. “Esa herramienta resultó ser la luz, que nunca se había explorado antes en este contexto”.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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