对于那些重要事物的理解一定要从最细微处开始。

克莱姆森大学Kyle Brinkman教授所在的研究团队，开发出一种新材料可以作为离子的超高速通道。该材料可以使电池能量更大，可以改变气体燃料转化为液体燃料的方式，可是使发电厂更有效的燃烧煤和天然气。

该研究由来自南加州大学的Ye Lin, Shumin Fang和Fanglin Chen，同来自纽约布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心的Dong Su，以及Brikman共同合作完成。

首先对电池和燃料电池化学能向电能转化原理的理解，有利于进一步理解他们的工作。电池工作原理是这样的：通过化学反应使储能原子分解为自由电子和对应的离子。当电子束在外部电路中流动时，离子会通过叫电解液的物质，最终和电子在电解液的另一端结合。在这个过程中对外界提供了电能。这就是手机可以工作、音乐播放器可以放歌的原因。

电池和燃料电池已经发挥了巨大的作用，但是它们仍然受到离子穿过电解液速度的限制。如果可以提高离子的速度，人们将可以得到更强劲的电池或者燃料电池。工程师们面对的挑战就是如何找到一种混合电解液可以使离子尽可能快的通过。

研究团队的成员们把研究方向集中在了氧化钆掺杂二氧化铈材料上。这种材料在便利店里可买不到，但它对于材料科学家和工程师们来说名头极响。通过高能电子显微镜可以看到，该材料的形貌好像很多聚集在一起的颗粒或者“晶粒”的棋盘。这些晶粒是由氧化钆掺杂二氧化铈组成的，离子们可以轻松通过这些晶粒。

但是存在一个问题。氧化钆容易在晶粒边界处聚集，降低了离子的通过速度。

研究团队发现加入四氧二铁酸钴后可以除去聚集在晶界处的钆。加入新组份后，离子可以自由穿过电解液与电子汇合。这极大有利于化学能向电能的转化，也导致了更强大的电池和燃料电池的出现。然而这还不是全部。

清除晶界之后可以使氧离子移动更加容易，有利于制备纯净氧气。所以这些可以提高电池能量的材料也可以用于制备薄膜系统用于净化混合气体。这意味着氧气可以代替蒸汽用于能源液化过程。纯氧也是燃烧的绝佳环境，可以用于煤和天然气的助燃。

Birikman说他最开始研究这项技术是在日本国家先进工业科学和技术研究所作博士后期间。他在萨凡纳河国家实验室继续这项研究，并在2014年1月把该课题带到他了开始工作的克莱门森大学。Brikman现在是该大学材料科学与工程系的一名副教授。

他说：“我很有幸成为该项合作的一部分，能够理解机理和具体应用的感觉很棒。我认为我们正在把握着一些未来可能改变世界的东西。可以通过调整微小界面区域的方式调控材料性能的能力表明，我们具有很大机会来设计哪些用于能源转换和储存材料”

当Brinkman开始这项研究时，他只能把不同的材料混合起来，通过测试结果再根据反应方程式来理解工作过程。但是现在通过使用布鲁克海文国家实验室的高能电子显微镜，研究人员可以在原子水平看到发生了什么。

新材料在线编译整理——翻译：赵欢    校正：摩天轮