Sciencemag.cz
Doporučujeme
Balíčky energie namísto vysokých teplot?
Funkce baterií závisí na pohybu (difúzi) elektricky nabitých iontů přes kapalný nebo pevný elektrolyt. Rychlost difúze je přitom obvykle podstatně závislá na teplotě. Teplotní stabilita baterie/akumulátoru/palivového článku ovšem není z jiných důvodů zdaleka neomezená a práce při vysoké teplotě má zase jiné nevýhody. Vědci z MITu a německé University of Muenster proto v nové studii přišli s nápadem, že rychlost difuze iontů by se mohla zvyšovat pomocí kvazičástic – fononů, které by fungovaly v roli katalyzátorů.
Fonon je vlna vibrací šířící se krystalovou mřížkou (v užším slova smyslu zvukové vlna). S teplotou pochopitelně souvisí, energie fononu se nakonec přemění na teplo. Nicméně celé si to lze představit tak, že než celý materiál ohřívat, difúzi iontů můžeme urychlit prostě speciálním „ťuknutím“, které celkovou teplotu zvýší minimálně. Selektivní excitace fononů zvyšujících difúzi iontů by se mohla provádět např. laserovým pulzem.
Využití? Palivové články, fungující za nižších teplot, by se mohly vyrábět z levnějších materiálů. Nižší provozní teplota by také mohla zvyšovat životnost řady zařízení. Popsané principy by se podle autorů nové studie mohly uplatnit i při dalším zdokonalování lithium-iontových baterií.
Autoři studie ovšem spekulují, že fonony by mohly mít i mnohem univerzálnější roli katalyzátoru chemických reakcí nebo fázových přechodů, které závisejí na teplotě. Namísto plošného zvýšení teploty by energii dodával mnohem efektivněji „balíček“ s vlastnostmi navrženými pro daný proces na míru. Plánuje se experimentovat např. s fononovou katalýzou pro vytváření diamantů za jinak pokojové teploty…
Kiarash Gordiz et al, Enhancement of ion diffusion by targeted phonon excitation, Cell Reports Physical Science (2021). DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100431
Zdroj: MIT News / Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
Poznámka PH: Z definice fononu (vibrace krystalové mřížky) se zdají vyplývat určitá omezení, třeba syntézu amoniaku z vodíku a dusíku takto asi energeticky efektivněji provést nepůjde.
