Per creare batterie e celle a combustibile migliori, gli scienziati devono fare in modo che le molecole di ossigeno acquisiscano e perdano elettroni in modo efficiente. Le reazioni sono frustrantemente lente. Accelerare le reazioni richiede calore e platino, che costano. Ora, i ricercatori hanno scoperto principi di progettazione vitali per progettare catalizzatori che utilizzano metalli più facilmente disponibili e meno calore. I catalizzatori si sono comportati bene e sono rimasti stabili a lungo termine.

Gli scienziati hanno cercato catalizzatori migliori per gli elettrodi nelle celle a combustibile e nelle batterie. Questi catalizzatori guidano le reazioni che spostano gli elettroni da e verso l'ossigeno (noto come elettrocatalisi dell'ossigeno). Però, creare tali catalizzatori è stato difficile. Come mai? I ricercatori hanno utilizzato approcci per tentativi ed errori. Avevano bisogno dei principi di progettazione sottostanti. Con queste informazioni in mano, i ricercatori possono meglio evitare vicoli ciechi e lavorare sulle opzioni più promettenti.

Creazione di batterie metallo-aria efficienti, celle a combustibile, e altri sistemi di conversione e stoccaggio dell'energia dipendono, in parte, sulla velocità con cui le molecole di ossigeno acquisiscono e perdono elettroni. Per rendere questi sistemi commercialmente sostenibili, hanno bisogno di catalizzatori poco costosi, attivo, selettivo, e stabile. I ricercatori hanno esaminato promettenti catalizzatori realizzati con vari rapporti di metalli meno costosi. Nello specifico, questi catalizzatori sono stratificati, ossidi misti conduttori ionico-elettronici.

I ricercatori hanno dimostrato che un descrittore calcolato, quanto strettamente l'ossigeno si lega a un punto in cui manca un atomo di ossigeno sulla superficie del catalizzatore, può identificare le strutture più promettenti. Il team ha testato quanto bene questo descrittore predicesse le prestazioni catalitiche sintetizzando, caratterizzante, e testare catalizzatori con diversi valori di descrittore. Hanno scoperto che le barre di dimensioni nanometriche realizzate con ossido di nichelato di lantanio drogato con cobalto funzionavano bene nelle celle a combustibile a ossido solido a circa 1000 gradi Fahrenheit ed erano stabili a lungo termine. I risultati del team dimostrano l'efficacia dei principi di progettazione. Ulteriore, il lavoro mette in evidenza il potenziale del nuovo catalizzatore e dovrebbe favorire gli sforzi di progettazione per celle a combustibile e batterie.