Kyoto Üniversitesi Hücre-Malzeme Bilimleri Enstitüsü'ndeki (iCeMS) araştırmacılar, düşük sıcaklıklarda kristal kafes yapısı boyunca hareket eden hidrojen atomlarını hızlandırmak için yeni bir yaklaşım geliştirdiler.
Çalışmayı yöneten iCeMS'den Hiroshi Kageyama, "Katılarda hidrojen taşınmasının iyileştirilmesi, daha sürdürülebilir enerji kaynaklarının ortaya çıkmasına yol açabilir" diyor.
Negatif yüklü hidrojen 'anyonları', diğer kimyasal elementlere bağlı hidrojen atomlarından oluşan katı bir 'hidrit' malzeme içerisinde çok hızlı hareket edebilir. Bu sistem, temiz enerji açısından gelecek vaat eden bir rakip, ancak hızlı aktarım yalnızca 450°C'nin üzerindeki gerçekten yüksek sıcaklıklarda gerçekleşiyor. Kageyama ve ekibi, hidrojen anyonlarının çok daha düşük sıcaklıklarda bir hidrit içerisinde daha hızlı hareket etmesinin yolunu buldu.
Kageyama, "Geçmişte, düşük sıcaklıkta yüksek iyon iletkenliğinin anahtarının, bir malzemenin yüksek sıcaklık fazını kimyasal düzensizlik yaratarak stabilize etmek olduğuna inanılıyordu" diyor. Bilim insanları bunu yapıya oksit adı verilen oksijen içeren bileşikler ekleyerek yapıyorlar. Bunun yerine, Kageyama ve meslektaşları baryum hidrit kristaline düzenli bir yapı kattılar; bu, hidrojen anyonlarının 200°C'de bile önemli ölçüde daha hızlı hareket etmesine neden oldu.
Kageyama, "Anyonları düzenleyerek düşük sıcaklıklarda yüksek iyonik iletkenlik elde etmek eşi görülmemiş bir şey ve gelecekte çeşitli iyonik iletkenlere uygulanabilir" diyor.
Kageyama ve ekibi, her iki tarafa başka bir anyona bağlı hidrojenden oluşan katmanlar ekleyerek tipik bir baryum hidrürün yapısını değiştirdi. Bunu yaparak bromür, klorür veya iyodür anyonlarını kullanarak üç farklı malzeme yaptılar. Bu, orijinal malzemeye daha düzenli bir yapı sağladı ve genellikle yüksek sıcaklıklarda bulunan oldukça kararlı ve simetrik altıgen şekilli kafesten, soğudukça daha az kararlı ortorombik şekilli bir yapıya dönüşmesini engelledi. Hidrojen anyonları organize kafes boyunca 200°C'de çok hızlı bir şekilde hareket etti. Malzeme, daha yavaş bir hızda da olsa, oda sıcaklığında hidrojen anyonlarını bile iletti.
“Hidrojen anyon iletkenliğinin odaya kadar iyileştirilmesi sıcaklıklar Kageyama, yakıt hücreleri gibi elektrokimyasal cihazların düşük sıcaklıkta çalışmasını sağlayabilir ve bunların endüstriyel katalizörler veya hidrojenasyon reaksiyonları için katı hidrojen kaynakları olarak kullanılmasına yönelik yollar açabilir.