微小的探针可以产生大的改进，在电池和燃料电池

华盛顿大学的工程师领导的团队已经开发一种新的工具，它可以帮助在寻求更好的电池和燃料电池。

虽然电池技术已经很长的路，因为 Alessandro 首先堆积中”伏打电池”来发电的金属盘，仍需要重大改进以满足未来发展动力电动汽车和储存可再生能源成本，高效率的能源挑战。

关键可能在于在纳米尺度下，江宇李说，威斯康辛大学机械系教授。纳米是一种境界那么小的几个原子或分子的运动可以转移的景观。在应用物理杂志 》 上发表 5 月 31 日的一篇文章，李和他的同事描述纳米探针，到这个世界来帮助更好地了解电池真的是如何工作的科学家提供了一个新的窗口。

电池和他们密切的亲属的燃料电池，通过化学反应发电。这些反应的发生率确定电池可以充电的速度有多快，它可以提供多少权力和它是如何迅速下降。

虽然在电池电极材料可能看起来统一到人眼对原子本身，环境是各种各样的。

在表面附近及材料之间的接口，可以发生在属性中的巨大转变 — — 和变化可以影响反应速率到复杂和难以理解的方式。

在过去的 10 到 15 年研究揭示了到底有多少当地材料性能的变化可以影响性能的电池和其他电化学系统，李说。

复杂的纳米尺度景观它很难完全明白怎么回事，但是”这也可能创造新机会工程师材料性能，实现性能飞跃，”他说。

为了更好地了解如何化工反应进展在原子和分子的水平，李和他的同事们开发纳米探针。方法类似于原子力镜是 ︰ 微小的悬臂”感觉”的材料和建立其属性与决议的纳米或更小的一张地图。

在新的电化学探针，悬臂是用电流，造成温度的波动和局部的应力下探头材料加热的。 其结果是，原子和离子材料内的左右移动，导致其膨胀和收缩。 这种扩张和收缩导致悬臂振动，可以准确地用激光光束照射在悬臂梁测量。

如果大量集中的离子或其它带电粒子存在探针尖端附近，其浓度的变化会导致材料变形进一步，木遇水膨胀时弄湿的方式相似。变形称为 Vegard 应变。

Vegard 应变和标准热膨胀系数影响振动的材料，但以不同的方式。如果振动像音符一样，热致的 Vegard 应变是泛音，响起一个八度高于音符，像李解释说。

设备标识 Vegard 应变诱导振动，并可以推断浓度的离子和电子探针尖端附近的缺陷。方法优点是比其他类型的原子显微镜，使用电压扰动生成响应，因为电压可以产生多种不同的反应，和很难隔离有关的离子和电子的缺陷浓度的变化的反应的一部分。热响应更容易识别，虽然新系统的一个缺点是，它只能探索率低于其尖端附近的换热过程。

尽管如此，小组认为新的方法将提供研究人员研究电化学材料的性能，在纳米尺度的宝贵工具。他们经过它测量浓度的带电的物种在 Sm 掺杂的氧化铈和 LiFePO4，在固体氧化物燃料电池和锂电池的重要材料。

“离子和电子的物质的浓度常被拴电化学材料重要的速度特性 — — 表面反应、 界面的电荷转移和大容量等表面扩散 — — 是有规范的设备的性能，”李说。”通过测量这些属性在纳米尺度上本地，能建立更深刻地认识如何电化学系统的真正工作，进而如何开发出高性能的新材料”。