Le celle a combustibile a ossido solido (SOFC) sono una tecnologia promettente per convertire in modo pulito l'energia chimica in energia elettrica. Ma la loro efficienza dipende dalla velocità con cui solidi e gas interagiscono sulle superfici degli elettrodi dei dispositivi. Così, per esplorare modi per migliorare l'efficienza delle SOFC, un team internazionale guidato da ricercatori del Berkeley Lab ha studiato un materiale di elettrodo modello in un modo nuovo, esponendo un aspetto diverso della sua struttura cristallina al gas ossigeno a pressioni e temperature di esercizio.

"Abbiamo iniziato facendo domande come, potrebbero essere ottenute diverse velocità di reazione dallo stesso materiale, semplicemente cambiando la superficie con cui reagisce l'ossigeno?" disse Lane Martin, uno scienziato della facoltà nella divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab. "Volevamo esaminare come la configurazione atomica su superfici specifiche di questi materiali fa la differenza quando si tratta di reagire con il gas ossigeno".

Film sottili di un comune materiale catodico SOFC, lantanio stronzio cobalto ferrite (LSCF), sono stati sintetizzati per esporre una superficie orientata lungo un piano cristallografico diagonale. Le misurazioni elettrochimiche su questa superficie atipica hanno prodotto velocità di reazione dell'ossigeno fino a tre volte più veloci di quelle misurate sul normale piano orizzontale.

Per comprendere meglio i meccanismi alla base di questo miglioramento, i ricercatori hanno utilizzato l'Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab per sondare la "nuova" superficie ad alte temperature ea pressioni variabili di ossigeno. I risultati hanno rivelato che differenti piani cristallografici stabilizzano differenti chimiche superficiali, anche se la chimica nella maggior parte dei film è invariata.

"Esporre diverse superfici all'aria può portare a strutture completamente diverse, chimica, e le concentrazioni di difetti fino a un punto in cui queste superfici sembrano quasi e si comportano come materiali diversi, " disse Abele Fernandez, uno studente laureato in Scienza e ingegneria dei materiali presso la UC Berkeley e co-primo autore dello studio. "Prendere in considerazione i nostri risultati può consentire ai produttori un modo relativamente semplice per migliorare la reattività dei catodi a base di LSCF senza le basi tipicamente necessarie per l'utilizzo di nuovi materiali chimici".