作者杰里米·拉姆齐，橡树岭国家实验室 西弗吉尼亚大学的研究人员在散裂中子源使用火神来研究被称为高熵氧化物的材料，以开发基于工业和消费者的应用来改善能量存储和转换
团队成员包括(左)、、李、田、曾志鹏
荣誉:ORNL/吉纳维芙·马丁 寻找新的、更有效的发电方式是能源部的一项重要任务，开发更先进的材料通常是取得成功的关键
西弗吉尼亚大学(WVU)的研究人员正在利用美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的中子散射来研究被称为高熵氧化物的新材料
他们的目标是收集关于高浓缩铀中的原子是如何结合在一起的见解，以及这些材料是否可以用于开发有用的应用来改善电厂的运行
效率影响燃料和工厂环境性能的总成本
目前，他们正在开发用于多种应用的高能效传感器，包括一个高温气体传感器，用于检测燃煤电厂烟气中的一氧化碳，使操作员能够监控电厂的效率
一个类似的传感器正在西弗吉尼亚州梅茨维尔的朗维尤发电厂进行测试，该发电厂靠近WVU主校区
领导ORNL中子散射实验的五人小组的WVU材料科学家李玮说:“高浓缩铀是由四种或四种以上的金属氧化物按一定比例混合在一起形成均匀结构的材料。”
“我们使用中子来观察这些材料是否均匀地混合成单一的氧化物相，或者它们是否分离成多个相，在这种情况下，我们需要调整材料元素的比例以及制造条件，以确保材料按照我们希望的方式均匀形成
" 由于其先进的性能，如高耐热性和耐腐蚀性，以及多功能性，或潜在的介电、电化学和催化应用，对高氧化烯的研究正在增加
这个想法是，可以成功混合在一起的金属氧化物越多，材料将具有越多的有益特性
大部分高氧化烯是通过在高温下加热金属氧化物粉末混合物，然后将所得材料冷却成单一固相而合成的
然而，李说，目前还不清楚均匀的单相HEo是如何由非均匀或不均匀的原材料混合物形成的
更少的足迹，更好的电池 该小组正在进行一系列的中子散射实验，以研究两种类型的高地球轨道
第一种材料由镁、钴、镍、铜和锌的氧化物组成——原子排列成立方体形状的岩盐结构，像氯化钠
该小组正在研究的第二种材料是钙钛矿，由稀土和过渡金属(外加氧气)制成
为了降低碳足迹，该团队打算将第一种HEO材料开发成一种气体传感器，可以安装在电厂排气烟囱的高处，那里的温度范围在1800华氏度(约980摄氏度)左右
“传感器将放置在条件恶劣、难以到达的地方
实现单一相对于材料的稳定性及其检测一氧化碳的灵敏度非常重要，我们希望防止一氧化碳进入大气，”李说
WVU的研究人员对研究高熵氧化物的炉子进行了调整，使其能够更好地理解高熵氧化物在制造过程中的形成过程
荣誉:ORNL/吉纳维芙·马丁 此外，用于制造气体传感器的材料的原始形式也可以用于制造高级锂电池的组件，只需将氧化锂添加到原始成分列表中((mg圆锥uZn)1- xLixO1-δ)
李说，某些发电厂目前使用的储存过剩能量的锂离子电池使用石墨电极，这种电极稳定性好，但储存容量有限
李公司正致力于升级到更坚固的锂电池，但寻找稳定性与石墨相当的高容量电极是一个挑战
考虑到这一点，该团队的目标是使用高熵金属氧化物来开发一种改进的锂离子电池电极，该电极具有高锂导电性能以及长期充放电循环的出色稳定性
钙钛矿的潜力 有了钙钛矿，研究小组想设计一种催化剂，用于开发一种燃料电池，这种燃料电池可以提供一种产生大量电能的替代方法
研究人员表示，1至2兆瓦的燃料电池最终可能被用于为工业规模的设施甚至小型社区供电
“通常，我们燃烧东西来发电
这意味着我们需要氧气和燃料——或者氢，”研究员助理教授李说
“然而，燃料电池通过电化学过程发电，通过使用催化剂将氢和氧的化学能转化为电子
这就是为什么我们要开发钙钛矿来进行有效的氢氧化和氧还原反应
" 对中子的需求 中子是研究团队的理想工具，因为这些粒子具有穿透深层物质的特性，并且对锂等轻元素非常敏感
同样地，位于国家科学研究院的瓦肯衍射仪是研究WVU团队正在研究的三种应用的理想仪器
瓦肯公司拥有大面积探测器和高穿透力，非常适合在极端压力和温度等一系列模拟操作条件下研究体积庞大的工业尺寸样品，如发动机缸体
通过使用火神星，研究人员能够实时跟踪材料中单个元素或原子的运动，从而深入了解制造过程中高变氧化合物是如何形成的，以了解它们在加热和冷却处理期间和之后是形成单相还是多相
“瓦肯是一个非常平衡和强大的工具
“我们正在进行的一些原位测量需要12到20个小时的加热和冷却，我们能够在每分钟到30秒内监测结构的变化，”文远·李说
“我们能够在相对较短的时间内分析大量材料
" WVU的研究人员第一次使用中子散射
收集的数据将进一步帮助他们微调材料中的元素比例，并对制造方法进行细微调整，以确保最终材料具有最高的质量和效率
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