新材料有助于發電廠提高電池能量

　　研究人員研制出一種可作為高速離子通道的材料——摻雜氧化釓的二氧化鈰，該材料將會使電池能量更高，并改變氣體燃燒轉變為液體燃燒的方式。

　　我們現在開始思考并尋找一些體積小但潛力巨大的物質來改善電池的不足。包括凱爾布林克曼在內的來自克萊姆森大學的研究團隊研制出了一種可作為高速離子通道的材料。這種材料將會使電池能量更高，并改變氣體燃料轉變成液體燃料的方式，這將幫助發電廠提高煤炭和天然氣的燃燒效率。

　　普通電池和燃料電池如何將化學能轉化為電能的原理是這樣的：化學反應中產生離子和電子。離子在電解質中運動同時電子運動形成電流回路。當離子和電子在電解質的另一側的電極上重組形成另一種物質的時候，這就產生了電能。這就是手機屏幕發光、IPod可以播放音樂的關鍵所在。

　　利用普通電池和燃料電池已經制造出很多很好的材料，但它們受限于怎樣提高離子通過電解質的速度。如果你可以加速離子的遷移速率，你將可以獲得更高能量的電池或燃料電池。工程師所面臨的挑戰是要找到一種可以使離子獲得盡可能快的遷移速率的電解質材料復合物。

　　該研究小組人員將他們的研究重點放在摻雜氧化釓的二氧化鈰上。這雖然不是在當地的便利店就可以買到的東西，但對材料科學家和工程師而言眾所周知。

　　通過高倍顯微鏡觀察發現，這種材料像是一個包含許多顆粒的棋盤或者像是堆積在一起的“谷粒”。這些是由摻雜氧化釓的二氧化鈰組成的，并且離子很容易就能穿過這些“谷粒”。

　　但是存在一個問題，氧化釓往往會積聚在這些微小顆粒的邊緣，而這將會減緩離子的遷移速率。研究小組發現，添加鈷鐵氧化物到該混合物中可以清除存在于微小顆粒邊緣的氧化釓。通過運用新的組分，離子與電子結合前在電解質中遷移途中將變得更加順暢。這將能夠極大的提高化學能轉變為電能的效率，會得到更高能量的電池和燃料電池。

　　顯然這還不是它所有的優點。清除出存在于微小顆粒邊緣的氧化釓有利于氧離子的遷移，這有利于制造產生純氧。所以同樣一種材料一方面可以提高電池功率，另一方面制作純化氣體混合物的薄膜系統。這可能意味著，氧氣將取代蒸汽用來將燃料轉化為液體，包括你裝在車里的汽油。純氧為燃燒提供了一個理想的環境，所以它可以用來幫助燃燒煤和天然氣，以提高其利用效率。

　　布林克曼說,研究人員使用的材料進行離子遷移時通常是在800攝氏度的溫度下進行的,所以放在你的口袋里是它會顯得太熱了，下一步研究可以在更低溫度下燃燒的材料。