计划外的发现：可用于电池和其他能源转换设备的超级材料

颗粒在线讯：计划外的发现可能会在电池、燃料电池、将热能转化为电能的装置等领域有新的关键性突破。在寻找一种具有非常规行为的新超导体时，由西北大学教授 Mercouri Kanatzidis 联合美国能源部（DOE）阿贡国家实验室开展的项目发现了只有四个原子厚的新材料。

他们在项目中发现的这种新材料可以在只有两个维度上研究带电粒子的运动。这样的研究可以刺激用于各种能源转换装置的新材料的发明。Mercouri Kanatzidis 表示：“我们的分析结果显示，在这一转变之前，银离子被固定在我们材料的两个维度内的密闭空间里，但在这一转变之后，它们四处摆动”。

Kanatzidis 的目标材料是一种银、钾和硒（a-Ag3Se2）的组合，其四层结构像一个婚礼蛋糕。这些二维材料有长度和宽度，但几乎没有厚度，只有四个原子高。

Kanatzidis 表示：“超导材料在冷却到非常低的温度时失去了对电子运动的所有阻力。令我失望的是，这种材料根本不是超导体，我们无法使其成为超导体，但令我惊讶的是，它竟然是一个神奇的超离子导体的例子”。

在超离子导体中，固体材料中的带电离子与电池中的液体电解质一样自由游动。这导致一种固体具有异常高的离子导电性，这是衡量导电能力的一个标准。这种高离子传导性带来了低热传导性，意味着热量不容易通过。这两种特性使超离子导体成为能源储存和转换设备的超级材料。

该团队发现一种具有特殊性质的材料的第一个线索是当他们把它加热到华氏 450 至 600 度之间时。它过渡到一个更加对称的分层结构。该小组还发现，当他们降低温度，然后再次提高温度进入高温区时，这种过渡是可逆的。

科学家们已经寻找了一段时间，以找到一种典范的材料来研究二维材料中的离子运动。这种分层的钾-银-硒材料似乎就是一个。研究小组测量了离子在这种固体中的扩散情况，发现它相当于重盐水电解质的扩散情况，是已知最快的离子导体之一。

MSD 的首席材料科学家 Duck Young Chung 说：“这些特性对于那些为电池和燃料电池设计新的二维固体电解质的人非常重要”。对这种超离子材料的研究也可能有助于设计新的热电材料，将发电厂、工业过程甚至汽车排放的废气中的热量转换成电能。而且这种研究可用于设计环境净化和水脱盐的膜。