科学家研制出有助于发电厂提高电池能量的新材料

发布时间：2015/4/29 0:05:32

研究人员研制出一种可作为高速离子通道的材料——掺杂氧化钆的二氧化铈，该材料将会使电池能量更高，并改变气体燃烧转变为液体燃烧的方式。

我们现在开始思考并寻找一些体积小但潜力巨大的物质来改善电池的不足。包括凯尔布林克曼在内的来自克莱姆森大学的研究团队研制出了一种可作为高速离子通道的材料。这种材料将会使电池能量更高，并改变气体燃料转变成液体燃料的方式，这将帮助发电厂提高煤炭和天然气的燃烧效率。

普通电池和燃料电池如何将化学能转化为电能的原理是这样的：化学反应中产生离子和电子。离子在电解质中运动同时电子运动形成电流回路。当离子和电子在电解质的另一侧的电极上重组形成另一种物质的时候，这就产生了电能。这就是手机屏幕发光、IPod可以播放音乐的关键所在。

利用普通电池和燃料电池已经制造出很多很好的材料，但它们受限于怎样提高离子通过电解质的速度。如果你可以加速离子的迁移速率，你将可以获得更高能量的电池或燃料电池。工程师所面临的挑战是要找到一种可以使离子获得尽可能快的迁移速率的电解质材料复合物。

该研究小组人员将他们的研究重点放在掺杂氧化钆的二氧化铈上。这虽然不是在当地的便利店就可以买到的东西，但对材料科学家和工程师而言众所周知。

通过高倍显微镜观察发现，这种材料像是一个包含许多颗粒的棋盘或者像是堆积在一起的“谷粒”。这些是由掺杂氧化钆的二氧化铈组成的，并且离子很容易就能穿过这些“谷粒”。

但是存在一个问题，氧化钆往往会积聚在这些微小颗粒的边缘，而这将会减缓离子的迁移速率。研究小组发现，添加钴铁氧化物到该混合物中可以清除存在于微小颗粒边缘的氧化钆。通过运用新的组分，离子与电子结合前在电解质中迁移途中将变得更加顺畅。这将能够极大的提高化学能转变为电能的效率，会得到更高能量的电池和燃料电池。

显然这还不是它所有的优点。清除出存在于微小颗粒边缘的氧化钆有利于氧离子的迁移，这有利于制造产生纯氧。所以同样一种材料一方面可以提高电池功率，另一方面制作纯化气体混合物的薄膜系统。这可能意味着，氧气将取代蒸汽用来将燃料转化为液体，包括你装在车里的汽油。纯氧为燃烧提供了一个理想的环境，所以它可以用来帮助燃烧煤和天然气，以提高其利用效率。

布林克曼说,研究人员使用的材料进行离子迁移时通常是在800摄氏度的温度下进行的,所以放在你的口袋里是它会显得太热了，下一步研究可以在更低温度下燃烧的材料。

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