חומר חדיש שאופיין במעבדה הלאומית של משרד האנרגיה בספרד יוכל לפתוח דרך אל עבר תאי דלק יעילים יותר
גביש-על שפותח ע"י מדענים בספרד, שיפר את המוליכות היונית המוכרת בטמפרטורה הקרובה לטמפרטורת החדר בפקטור של 100 מיליון, תוך שהוא מציג "תכונות של הגברה עצומה במוליכות היונית," אומרת החוקרת Maria Varela, אשר אפיינה את מבנה החומר החדש יחד עם החוקר Stephen Pennycook.
האפיון נעשה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני משדר-סורק בעל ניגודיות-Z בעוצמה של 300 קילווולט, המסוגל להשיג כושר-הפרדה מתוקן-חוסר מיקוד קרני-אור הקרוב ל- 0.6 אנגסטרום, עד לאחרונה – שיא עולמי. התמונות הישירות מציגות את המבנה הגבישי המסביר את מוליכות החומר.
"זה מדהים," אומרת החוקרת. "אנו מסוגלים לראות את מבנה הממשק המאורגן והדחוס המכיל מסלולים רבים עבור מוליכות היונים."
טכנולוגיה של תא-דלק המורכב מתחמוצת מוצקה נדרשת לחומרים מוליכי-יונים – אלקטרוליטים מוצקים – המאפשרים ליוני חמצן לנדוד מהקתודה לאנודה. אולם, חומרים קיימים חסרים חללים בקנה-מידה אטומי הרחבים דיים לספק מסלול מהיר ליון, הגדול הרבה יותר, לדוגמא, מאלקטרון.
"החומר השכבתי החדש פותר את הבעיה הנוכחית באמצעות שילוב של שני חומרים בעלי מבנים גבישיים שונים לחלוטין. חוסר-ההתאמה בין מבנים שונים אלו מוביל לעיוות בסידור האטומי של שכבת הממשק ביניהם ויוצר ע"י כך אפיקים מספיק רחבים המאפשרים ליונים לנוע במהירות," מסבירה החוקרת.
בחומרים אחרים המשמשים לתאי-דלק, לעומת זאת, היונים "מאולצים" לנוע באפיקים צרים הרבה יותר ובעלי חללים קטנים יותר, כך שקצב התנועה שלהם מואט. במקום לאלץ את היונים "לקפוץ" מחור לחור, החומר החדש מכיל חורים גדולים ורבים וכך היונים חופשיים הרבה יותר לנוע בין האלקטרודות, מה שכמובן משפיע על המוליכות הכוללת.
שלא כבחומרים קודמים המשמשים לתאי-דלק, הנדרשים לטמפרטורה גבוהה לשם הולכת היונים, החומר החדש שומר על מוליכות יונית גם בטמפרטורה הקרובה לטמפרטורת החדר. הצורך בטמפרטורה גבוהה היה אחד מהמחסומים להתפתחותם של תאי-דלק יעילים יותר.