鋰離子電池、燃料電池和許多其他設備都依賴于離子的高遷移率才能正常工作。但這種流動性存在大量障礙。由慕尼黑工業大學 (TUM) 的 Jennifer LM Rupp 和麻省理工學院 (MIT) 的 Harry L. Tuller 領導的研究小組現在首次表明，光可用于增加離子的遷移率和提高此類設備的性能。

　　電荷可以通過多種不同的方式由材料傳輸。最熟悉的是金屬的導電性，其中電荷由電子攜帶。然而，在許多設備中，離子傳輸電荷。一個例子是鋰離子電池，其中鋰離子在充電和放電期間移動。同樣，燃料電池依靠氫和氧離子的傳輸來導電。

　　目前正在研究陶瓷作為傳輸氧離子的固體電解質。但是：“我們發現，離子電導率（離子移動的速率以及由此產生的設備的效率）通常會因離子在晶界處被阻塞而顯著降低，”說麻省理工學院的 Harry L. Tuller 教授。

光使離子移動

　　在他們目前的出版物中，Tuller 和他的同事、慕尼黑工業大學固態電解質化學教授 Jennifer LM Rupp 展示了如何使用光來減少離子在陶瓷晶界處遇到的障礙。

　　許多基于離子傳導性的設備，例如固體氧化物燃料電池，必須在非常高的溫度下運行，以便離子能夠克服晶界屏障。然而，高達 700 攝氏度的工作溫度也帶來了自身的挑戰：材料老化速度更快，而維持這些高溫的基礎設施成本高昂。

　　“我們的夢想是看看我們是否可以使用不需要熱量的東西來克服障礙。我們能否使用另一種工具獲得相同的電導率？” 主要作者和博士說。學生托馬斯·德弗里爾。事實證明，這個工具很輕，以前從未在這種情況下進行過調查。

更高的能量轉換和存儲效率水平

　　“我們的研究表明，用于燃料電池和未來電池的陶瓷材料的照明可以顯著提高離子遷移率，”Rupp 說。“在摻雜釓的氧化鈰中，一種在燃料電池中用作固態電解質的陶瓷，光照將晶界處的電導率提高了 3.5 倍?！?/span>

　　這種新發現的“光離子效應”在未來可以找到廣泛的應用。例如，它可以改善未來鋰離子電池中固態電解質的性能，從而促進更高的充電速度，或者可以為開發在較低溫度下工作并實現更高效率的新型電化學存儲和轉換技術鋪平道路水平。

　　光也可以精確聚焦，從而可以在空間上控制精確定義點的離子流或切換陶瓷材料的電導率。

　　該研究發表在《自然材料》上。