(圖片來源：麻省理工學院)

采用固體金屬氧化物電解質的燃料電池/電解池(fuel/electrolysis cell)具有諸多優(yōu)勢。例如，在電解模式下，可以將可再生能源電力有效轉化為可儲存燃料，如氫或甲烷等;在燃料電池模式下，當陰天或不刮風時，可以使用這些燃料來發(fā)電;而且，制造設備時可以不使用鉑等昂貴金屬。然而，這些設備的商業(yè)化受到阻礙，部分原因在于其會逐漸退化。從燃料電池/電解池的連接處滲出的金屬原子，會慢慢侵蝕設備。

麻省理工學院材料科學與工程系(DMSE)陶瓷與電子材料R.P. Simmons教授Harry L. Tuller表示：“研究人員已經證明，不僅可以逆轉這種退化，而且可以通過控制空氣電極界面的酸度，將設備性能提高到初始值以上。”

燃料電池/電解池主要分為三部分：正負極(或陰陽極)兩個電極被電解質隔開。在電解模式下，來自風能的電力可以用來產生甲烷或氫氣等可儲存燃料。另一方面，在反向的燃料電池反應中，所儲存的燃料可以在不刮風的時候用來發(fā)電。

燃料電池/電解池由許多堆疊在一起的單個電芯組成，這些電芯由包括鉻元素在內的鋼金屬連接件連接起來，以防止金屬氧化。但是，在電池的高運行溫度下，一些鉻會蒸發(fā)并遷移到正極(或陰極)和電解質之間的界面上，從而破壞氧氣摻入反應。達到某一點后，電池的效率就會降至臨界點，無法再工作。Harry Tuller表示：“如果能夠減緩或逆轉這個過程，延長燃料電池/電解池的壽命，就大有希望實現(xiàn)應用。”

該團隊表明，通過控制正極(或陰極)表面的酸度，可以做到這兩點。為了實現(xiàn)這一結果，該團隊在燃料電池/電解池的正極(或陰極)上涂上鋰氧化物。這種化合物可以將表面的相對酸性改變?yōu)閴A性。結果顯示，加入少量鋰后，被侵蝕的電芯能夠恢復初始性能。當加入更多的鋰時，電芯性能明顯改善，遠超過初始值。Harry Tuller表示：“關鍵的氧還原反應速率提高了三到四個數(shù)量級，這要歸因于電極表面填充了驅動氧結合反應所需的電子。”

研究人員利用領先的透射電子顯微鏡和電子能量損失譜，從納米尺度觀察材料，以了解其中發(fā)生的過程。結果發(fā)現(xiàn)，鋰氧化物能夠有效地溶解鉻，從而形成一種玻璃材料，不再影響正極(或陰極)性能。

很多技術(比如固體氧化物燃料電池)都基于氧化物固體在其晶體結構中快速吸入和呼出氧氣的能力。麻省理工學院的研究基本上展示了如何通過改變表面酸度來恢復和加速這種能力。研究人員認為，這些研究結果可以應用于其他技術，包括傳感器、催化劑和氧滲透反應器。對于被不同元素(如二氧化硅)侵蝕的系統(tǒng)，該團隊還在探索酸度所能產生的相關影響。