Pin Lithium-ion, pin nhiên liệu và nhiều thiết bị khác hoạt động ổn định phụ thuộc vào tính di động cao của các ion. Nhưng thường tồn tại rất nhiều những trở ngại cho tính di động của ion.

Nhóm nghiên cứu do Jennifer LM Rupp thuộc Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) và Harry L. Tuller thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) dẫn đầu, trong một công trình khoa học đã chứng minh được, có thể sử dụng ánh sáng để tăng tính di động của các ion và nâng cao hiệu suất của các thiết bị.

Điện tích trong vật liệu có thể được vận chuyển theo nhiều cách khác nhau. Trong kim loại, nhờ tính dẫn điện các điện tích được vận chuyển bởi các electron. Nhưng trong nhiều thiết bị khác, các ion vận chuyển điện tích. Đối với pin lithium-ion các ion lithium di chuyển trong quá trình sạc và xả. Trong pin nhiên liệu, các ion hydro và oxy vận chuyển điện tích.

GS Harry L. Tuller thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết, gốm sứ hiện đang được coi là chất điện phân rắn vận chuyển các ion oxy, nhưng độ dẫn điện của ion - tốc độ mà các ion có thể di chuyển và thể hiện sự hiệu quả hoạt động của thiết bị bị suy giảm rõ rệt do các ion bị chặn ở ranh giới hạt gốm.

Trong một báo cáo khoa học, GS Tuller và Jennifer LM Rupp, GS hóa điện phân trạng thái rắn thuộc Đại học Kỹ thuật Munich chứng minh được, có thể sử dụng ánh sáng để giảm những rào cản mà các ion gặp phải ở ranh giới hạt gốm.

Nhiều thiết bị hoạt động hiệu quả trên cơ sở độ dẫn ion, như pin nhiên liệu oxit rắn phải hoạt động ở nhiệt độ rất cao để các ion có thể vượt qua những rào cản ranh giới hạt. Nhưng nhiệt độ hoạt động lên đến 700 ° C lại tạo ra những khó khăn khác,  vật liệu nhanh lão hóa và cơ sở hạ tầng để duy trì nhiệt độ cao này có chi phí rất lớn.

 GS Harry L. Tuller, TS Thomas Defferriere trong nghiên cứu ánh sáng có thể tăng hiệu suất của pin lithium, pin nhiên liệu. Ảnh: Denis Paiste, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu MIT

PTS Thomas Defferriere, tác giả chính của công trình nghiên cứu cho biết: Nghiên cứu cho thấy, sự chiếu sáng vật liệu gốm cho pin nhiên liệu và pin thể rắn làm tăng đáng kể khả năng di chuyển của ion. Trong vật liệu oxit xeri pha tạp gadolinium, loại gốm được sử dụng làm chất điện phân trạng thái rắn trong pin nhiên liệu, sự chiếu sáng làm tăng độ dẫn điện ở các ranh giới hạt lên hệ số 3,5.

"Hiệu ứng quang học" mới được phát hiện này có thể được ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Sự chiếu sáng có thể tăng hiệu suất chất điện phân thể rắn trong pin lithium-ion, cho phép sạc nhanh hơn hoặc mở đường cho sự phát triển những công nghệ chuyển đổi và lưu trữ điện hóa mới, hoạt động ở nhiệt độ thấp và có được hiệu suất chuyển đổi năng lương cao.

Ánh sáng cũng có thể được tập trung chính xác, điều khiển dòng ion tại các điểm xác định hoặc thay đổi đổi độ dẫn điện trong vật liệu gốm.

Trịnh Thái Bằng