Sciencemag.cz
Doporučujeme
Superionické krystaly představují zajímavou fázi hmoty. Napohled (nebo při uchopení do ruky) vypadají jako pevná látka a drží si svou krystalovou mřížku. To se však týká pouze části atomů, jiné v mřížce téměř volně protékají jako kapalina. Takže zřejmě existuje např. exotická fáze ledu, tzv. superonický led, kde mezi nehybnými atomy kyslíku tečou atomy vodíku; respektive vodíkové ionty (protony), takže superonický led je silná kyselina.
Jak to souvisí s bateriemi? Vědci z Duke University, National Oak Laboratory a Argonne National Laboratory zkoumali sloučeninu CuCrSe2, tedy selenid chromu a mědi. Analýza této sloučeniny pomocí neutronů a rentgenovými paprsky ukázala, že za určitých okolností se chová právě jako iontový krystal. Když je látka zahřáta na asi 88 ºC, ionty mědi se začnou mezi atomy chromu a selenu pohybovat tak rychle jako molekuly vody v jejím kapalném skupenství. (Poznámka: jde o ionty Cu+ nebo Cu2+? Chrom v příslušné sloučenině může mít oxidační číslo 2 i 3, nicméně chromnaté soli jsou nestálé a snadno se oxidují, čili asi spíš půjde o selenid měďno-chromitý.) Podrobnosti tohoto chování (typu co se stane, když ionty mědi přitečou do části, kde jsou všechna místa v krystalové mřížce obsazena) budou vyžadovat další výzkum.
Autoři výzkumu, se domnívají, že by mohli vytvořit podobnou superionickou molekulu, kde by ale namísto mědi přes pevnou strukturu protékaly ionty lithia nebo sodíku. Taková látka by pak mohla fungovat jako elektrolyt Li-Ion nebo Na-Ion baterií. Kapalné elektrolyty umožňují rychlejší průchod iontů než pevné, nicméně je u nich větší riziko vzplanutí. Superionický elektrolyt by mohl spojovat výhody obou forem.
Příslušná práce byla publikována v Nature Physics.
Jennifer L. Niedziela et al, Selective breakdown of phonon quasiparticles across superionic transition in CuCrSe2, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0298-2
Zdroj: Phys.org a další
