Para peneliti di Institut Ilmu Bahan Sel Universitas Kyoto (iCeMS) telah mengembangkan pendekatan baru untuk mempercepat atom hidrogen bergerak melalui struktur kisi kristal pada suhu yang lebih rendah.
“Meningkatkan transportasi hidrogen dalam padatan dapat menghasilkan sumber energi yang lebih berkelanjutan,” kata Hiroshi Kageyama dari iCeMS yang memimpin penelitian.
'anion' hidrogen bermuatan negatif dapat bergerak sangat cepat melalui bahan 'hidrida' padat, yang terdiri dari atom hidrogen yang terikat pada unsur kimia lainnya. Sistem ini merupakan pesaing yang menjanjikan untuk energi bersih, tetapi transportasi cepat hanya terjadi pada suhu yang sangat tinggi, di atas 450 °C. Kageyama dan timnya telah menemukan cara untuk membuat anion hidrogen bergerak lebih cepat melalui hidrida pada suhu yang jauh lebih rendah.
"Di masa lalu, diyakini bahwa kunci konduktivitas ionik tinggi pada suhu rendah adalah menstabilkan fase suhu tinggi bahan dengan memperkenalkan gangguan kimia," kata Kageyama. Para ilmuwan melakukan ini dengan menambahkan senyawa yang mengandung oksigen yang disebut oksida ke dalam struktur. Sebaliknya, Kageyama dan rekan-rekannya memperkenalkan struktur teratur ke dalam kristal barium hidrida, yang menyebabkan anion hidrogen bergerak secara signifikan lebih cepat bahkan pada 200 °C.
"Mencapai konduktivitas ionik tinggi pada suhu rendah dengan memesan anion belum pernah terjadi sebelumnya dan mungkin berlaku untuk berbagai konduktor ionik di masa depan," kata Kageyama.
Kageyama dan timnya mengubah struktur khas barium hidrida dengan memperkenalkan lapisan di kedua sisi yang terdiri dari hidrogen yang melekat pada anion lain. Dengan melakukan ini, mereka membuat tiga bahan berbeda, menggunakan anion bromida, klorida, atau iodida. Ini memberikan struktur yang lebih teratur ke bahan asli, mencegahnya berubah dari kisi berbentuk segi enam yang sangat stabil dan simetris yang biasanya ditemukan pada suhu tinggi, menjadi struktur berbentuk ortorombik yang kurang stabil saat didinginkan. Anion hidrogen bergerak melalui kisi terorganisir dengan sangat cepat pada 200 ° C. Materi bahkan melakukan anion hidrogen pada suhu kamar, meskipun pada tingkat yang lebih lambat.
“Meningkatkan konduktivitas anion hidrogen hingga ke ruang suhu dapat memungkinkan pengoperasian perangkat elektrokimia pada suhu rendah, seperti sel bahan bakar, dan membuka jalan untuk penggunaannya sebagai katalis industri atau sebagai sumber hidrogen padat untuk reaksi hidrogenasi,” kata Kageyama.