En ny facet af brændselscellekemi

Solid oxide fuel cells (SOFC'er) er en lovende teknologi til ren omdannelse af kemisk energi til elektrisk energi. Men deres effektivitet afhænger af den hastighed, hvormed faste stoffer og gasser interagerer på enhedernes elektrodeoverflader. Dermed, at udforske måder at forbedre SOFC-effektiviteten, et internationalt hold ledet af forskere fra Berkeley Lab studerede et modelelektrodemateriale på en ny måde – ved at udsætte en anden facet af dets krystalstruktur for oxygengas ved driftstryk og temperaturer.

"Vi startede med at stille spørgsmål som kunne forskellige reaktionshastigheder opnås fra det samme materiale, bare ved at ændre, hvilken overflade ilten reagerer med?" sagde Lane Martin, en fakultetsforsker i Berkeley Labs Materials Sciences Division. "Vi ønskede at undersøge, hvordan den atomare konfiguration på specifikke overflader af disse materialer gør en forskel, når det kommer til at reagere med iltgassen."

Tynde film af et almindeligt SOFC -katodemateriale, lanthanum strontium cobalt ferrit (LSCF), blev syntetiseret for at afsløre en overflade, der var orienteret langs et diagonalt krystallografisk plan. Elektrokemiske målinger på denne atypiske overflade gav oxygenreaktionshastigheder op til tre gange hurtigere end dem, der blev målt på det sædvanlige vandrette plan.

For bedre at forstå de mekanismer, der ligger til grund for denne forbedring, forskerne brugte Berkeley Labs Advanced Light Source (ALS) til at sondere den 'nye' overflade ved høje temperaturer og i varierende ilttryk. Resultaterne afslørede, at forskellige krystallografiske planer stabiliserer forskellige overfladekemier, selvom kemien i hovedparten af ​​filmene er uændret.

"At udsætte forskellige overflader for luft kan føre til helt andre strukturer, kemi, og defektkoncentrationer til et punkt, hvor disse overflader næsten ser ud og virker som forskellige materialer, "sagde Abel Fernandez, en kandidatstuderende i Materials Science and Engineering ved UC Berkeley og medførsteforfatter af undersøgelsen. "Hvis vi tager vores resultater i betragtning, kan producenter give en relativt enkel måde at forbedre reaktiviteten af ​​LSCF-baserede katoder uden det grundlag, der typisk er nødvendigt for at udnytte kemikalier til nye materialer."