若是想要提高燃料电池或其他储能系统的性能，科学家除了尝试新的设计与元素，也纷纷进一步探讨材料的运作机制，近期美国科学家便一探离子陶瓷（ionic ceramics）的晶体性质，将对未来的固态电池与燃料电池等储能技术大有裨益。
离子陶瓷是电子陶瓷的一种，除了可用来制作高效率、低成本的的固态电池，还可化身成高能量密度的电容。而离子陶瓷由多颗晶粒组成，每颗颗粒则以固定的方式在晶界处接合，接合方式更与燃料或锂电池的电力输出、充放电速度或是充电时间息息相关。
普渡大学材料工程教授 Edwin García 表示，晶界就像是每日限制人们使用手机时间的电量。研究指出，假如想要灵活运用离子陶瓷技术，首先得克服晶界的绝缘效应，一般来说晶界在经过结构变化、电化学反应后，就会发生相变现象（就好比水沸腾变成水蒸气），进而影响材料的性能。
García 表示，这是陶瓷领域 40 年来的一大挑战，科学家直到近 10 年才发现，像是晶界等 2D 材料跟 3D 材料一样可以发生相变。
目前团队已着手分析陶瓷材料，并选用常用于固态氧化物燃料电池（SOFC）的陶瓷材料钇安定氧化锆（YSZ），实验指出，电荷、电压和结构无规律等变化虽然仅会影响 10nm 以内的材料性质，但是这就像蝴蝶效应一样，微小变化也能带动整体系统巨大的连锁反应，材料最终的性能、性质和降解率都会受影响。
研究团队观测晶界的相变过渡变化后，也有绘制出相图（Phase diagram），让科学家可以了解晶界变化与温度、压力之间的关系，García 表示，这些都可应用在能源领域方面。
陶瓷的电性能基本上由其中离子、电子或空穴等电荷的分布及移动来决定，但晶界相变有时会让晶粒变成绝缘体，干扰电池的运作与降低性能。科学家则可透过最佳化设计来高燃料电池或固态电池的续电力，并进一步提升充电速度，García 指出，这项理论可让科学家更容易控制与调整陶瓷材料。
未来研究团队盼可更了解晶界的变化，并希望以电池实验证明其理论。若是成功开发出新型固态电池，将对未来的电动车与储能系统大有帮助，或许未来人们将不再需要烦恼电解质外泄或是易燃等安全性问题，目前研究已发表在《Nature journal Computational Materials》。
- New theory could lead to better batteries, fuel cells
（首图为示意图，来源：pixabay）
