Penyelidik di Kyoto University Institute for Cell-Material Sciences (iCeMS) telah mengembangkan pendekatan baru untuk mempercepat atom hidrogen bergerak melalui struktur kisi kristal pada suhu yang lebih rendah.
"Meningkatkan pengangkutan hidrogen dalam pepejal boleh menyebabkan sumber tenaga yang lebih lestari," kata Hiroshi Kageyama dari iCeMS yang mengetuai kajian ini.
'Anion' hidrogen bermuatan negatif dapat bergerak dengan cepat melalui bahan 'hidrida' pepejal, yang terdiri daripada atom hidrogen yang melekat pada unsur kimia lain. Sistem ini merupakan pesaing yang menjanjikan tenaga bersih, tetapi pengangkutan pantas hanya berlaku pada suhu yang sangat tinggi, di atas 450 ° C. Kageyama dan pasukannya telah mengetahui bagaimana membuat anion hidrogen bergerak lebih pantas melalui hidrida pada suhu yang jauh lebih rendah.
"Di masa lalu, dipercayai bahawa kunci untuk kekonduksian ion tinggi pada suhu rendah adalah untuk menstabilkan fasa suhu tinggi bahan dengan memperkenalkan gangguan kimia," kata Kageyama. Para saintis melakukan ini dengan menambahkan sebatian yang mengandungi oksigen yang disebut oksida ke dalam struktur. Sebaliknya, Kageyama dan rakan-rakannya memperkenalkan struktur teratur ke dalam kristal barium hidrida, yang menyebabkan anion hidrogen bergerak dengan lebih cepat walaupun pada suhu 200 ° C.
"Mencapai kekonduksian ion tinggi pada suhu rendah dengan memerintahkan anion belum pernah terjadi sebelumnya dan mungkin berlaku untuk pelbagai konduktor ionik di masa depan," kata Kageyama.
Kageyama dan pasukannya mengubah struktur barium hidrida khas dengan memperkenalkan lapisan di kedua sisi yang terdiri daripada hidrogen yang melekat pada anion lain. Dengan melakukan ini, mereka membuat tiga bahan yang berbeza, menggunakan anion bromida, klorida, atau iodida. Ini memberikan struktur yang lebih teratur pada bahan asalnya, menghalangnya daripada berubah dari kisi berbentuk segi enam yang sangat stabil dan simetris yang biasanya dijumpai pada suhu tinggi, ke struktur berbentuk orthorhombik yang kurang stabil ketika ia disejukkan. Anion hidrogen bergerak melalui kisi teratur dengan cepat pada suhu 200 ° C. Bahan tersebut bahkan menggerakkan anion hidrogen pada suhu bilik, walaupun pada kadar yang lebih perlahan.
"Meningkatkan kekonduksian anion hidrogen ke bilik suhu memungkinkan operasi suhu rendah alat elektrokimia, seperti sel bahan bakar, dan membuka jalan untuk penggunaannya sebagai pemangkin industri atau sebagai sumber hidrogen pepejal untuk reaksi hidrogenasi, ”kata Kageyama.