一个包括来自克莱姆森大学的Kyle Brinkman在内的研究团队，,研究了一种充当离子高速公路的材料。这种材料能让电池更强大，将气态燃料转换为液态燃料，并帮助发电厂更有效地进行煤和天然气的燃烧。

来自南卡罗来纳大学的Ye Lin, Shumin Fang和Fanglin Chen，与来自纽约厄普顿的功能纳米材料中心布鲁克海文国家实验室的Brinkman和Dong Su，一起研究了该成果。

他们所做的研究有助于了解蓄电池和燃料电池如何将化学能转换为电能。

过程是这样的：化学反应将燃料原子分为离子和电子。离子通过一种叫作电解质的物质，而电子环绕通过回路。当离子和电子再次结合到电解质的另一侧，就产生了电能。

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蓄电池和燃料电池已经发挥了很大的功能，但是它们受到离子在电解质中传输快慢的限制。如果能使离子运动加速，就能获得更强劲的蓄电池和燃料电池。工程师的挑战就是找到一种电解质混合成分来使离子尽可能快地传输。

该研究团队的成员将研究点放在二氧化铈掺杂氧化钆上。它并不是在便利店中能买到的东西，但是材料科学家和工程师对此物质却非常熟知。在高倍显微镜下观察，这种材料像许多粒子组成的棋盘一样，或者像是挤在一起的“谷粒”。这些谷粒其实是二氧化铈掺杂氧化钆，并且离子很容易穿过这些谷粒。

但是这有一个问题。Gadolinia想让这些微小谷粒在边界处积累，以减慢离子速度。

该研究团队想到在谷粒边界积累的钆处添加氧化钴铁，使钆得到清理。用这种新成分，离子在电解质中就有清晰的路线来与电子相遇。将化学能转化为电能的作用很大，它能带来更大功率的蓄电池和燃料电池，而且并不仅限于此。

将边界清理干净能使氧离子的运动更容易，这有助于产生纯氧。因此同样能增强功率的材料也能用来产生净化气体混合物的薄膜体系。它意味着氧将替代燃料转化为液体过程中的蒸汽，这些燃料包括汽车中使用的汽油。纯氧也是燃烧的理想条件，因此它能够用来给煤和天然气助燃。

Brinkman说他第一次做这项研究时是在日本国家先进工业科技研究所读博士后。他在萨凡纳河国家实验室继续了他的研究，并在2014年1月将其带到在克莱姆森的工作中。Brinkman现在是材料科学与工程系的副教授。

“我很自豪承担了这项合作研究的一部分。”他说，“理解它的原理以及知道它能被应用的感觉很棒。我认为我们处在发挥潜力改变世界的前沿。”

“通过调整小界面区域来控制材料性能的能力，蕴含着在能量转换和储存领域使用材料设计中的巨大机遇。”

当Brinkman第一次开始他的研究时，他就将各种材料混合在一起，并采取措施来理解基于化学反应上它们发生的变化。现在，研究者们能够使用Brookhaven高倍电镜来观察原子层面发生的现象。



来源：材料与测试
译者：Sarah
译自materialstoday
 
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