นักวิจัยจากสถาบันวิจัยวัสดุเซลล์แห่งมหาวิทยาลัยเกียวโต (iCeMS) ได้พัฒนาแนวทางใหม่ในการเร่งความเร็วของอะตอมไฮโดรเจนที่เคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างผลึกคริสตัลที่อุณหภูมิต่ำกว่า
"การปรับปรุงการขนส่งไฮโดรเจนในของแข็งอาจนำไปสู่แหล่งพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้น" Hiroshi Kageyama จาก iCeMS ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าว
'ประจุลบ' ของไฮโดรเจนที่มีประจุลบสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วผ่านวัสดุ 'ไฮไดรด์' ที่เป็นของแข็ง ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนที่ติดอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ระบบนี้เป็นคู่แข่งสำคัญของพลังงานสะอาด แต่การขนส่งที่รวดเร็วจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 450 องศาเซลเซียสเท่านั้น Kageyama และทีมของเขาได้ค้นพบวิธีทำให้ไฮโดรเจนแอนไอออนเดินทางเร็วขึ้นผ่านไฮไดรด์ที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก
"ในอดีต เชื่อกันว่ากุญแจสำคัญในการนำไอออนิกสูงที่อุณหภูมิต่ำคือการทำให้เฟสอุณหภูมิสูงของวัสดุมีเสถียรภาพโดยทำให้เกิดความผิดปกติทางเคมี" คาเงยามะกล่าว นักวิทยาศาสตร์ทำได้โดยการเพิ่มสารประกอบที่มีออกซิเจนที่เรียกว่าออกไซด์ลงในโครงสร้าง Kageyama และเพื่อนร่วมงานของเขาได้แนะนำโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งให้เป็นผลึกแบเรียมไฮไดรด์ ซึ่งทำให้ไอออนของไฮโดรเจนเคลื่อนที่เร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญแม้ที่อุณหภูมิ 200°C
“การนำไอออนิกได้สูงที่อุณหภูมิต่ำโดยการสั่งซื้อแอนไอออนนั้นไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน และอาจนำไปใช้กับตัวนำไอออนิกต่างๆ ได้ในอนาคต” คาเงยามะกล่าว
Kageyama และทีมของเขาได้เปลี่ยนโครงสร้างของแบเรียมไฮไดรด์โดยทั่วไปโดยการเพิ่มชั้นที่ด้านใดด้านหนึ่งที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนที่ติดอยู่กับไอออนอีกตัวหนึ่ง โดยการทำเช่นนี้ พวกเขาสร้างวัสดุที่แตกต่างกันสามชนิด โดยใช้แอนไอออนโบรไมด์ คลอไรด์ หรือไอโอไดด์ สิ่งนี้ทำให้โครงสร้างที่เป็นระเบียบมากขึ้นสำหรับวัสดุดั้งเดิม ป้องกันไม่ให้เปลี่ยนจากโครงตาข่ายรูปหกเหลี่ยมที่มีความเสถียรสูงและสมมาตรซึ่งมักพบที่อุณหภูมิสูง ไปเป็นโครงสร้างที่มีรูปทรงออร์โธฮอมบิกที่เสถียรน้อยกว่าเมื่อเย็นลง แอนไอออนของไฮโดรเจนเคลื่อนที่ผ่านตะแกรงที่จัดไว้อย่างรวดเร็วที่ 200°C วัสดุดังกล่าวยังนำไอออนไฮโดรเจนที่อุณหภูมิห้อง แม้จะช้ากว่าก็ตาม
“การปรับปรุงการนำไฮโดรเจนไอออนสู่ห้อง อุณหภูมิ สามารถเปิดใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีในอุณหภูมิต่ำ เช่น เซลล์เชื้อเพลิง และเปิดช่องทางสำหรับการใช้งานเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมหรือเป็นแหล่งไฮโดรเจนที่เป็นของแข็งสำหรับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน” คาเงยามะกล่าว