Bränsleceller är en viktig framtida energiteknik som växer fram som miljövänliga och förnybara energikällor. Särskilt, bränsleceller med fast oxid bestående av keramiska material kan direkt omvandla bränslen som biomassa, LNG, och gasol till elektrisk energi. KAIST-forskare har beskrivit en ny teknik för att förbättra den kemiska stabiliteten hos elektrodmaterial som kan förlänga livslängden genom att använda minimala mängder metaller.

Kärnfaktorn som bestämmer prestandan hos bränsleceller med fast oxid är katoden vid vilken reduktionsreaktionen av syre sker. Konventionellt, perovskitstrukturoxider (ABO3) används i katoder. Dock, trots den höga prestandan hos perovskitoxider vid initial drift, prestanda försämras med tiden, begränsa deras långvariga användning. Särskilt, tillståndet med ett högtemperaturoxidationstillstånd som krävs för katoddrift leder till ett ytsegregationsfenomen där andra faser som strontiumoxid (SrOx) ackumuleras på oxidytan, vilket resulterar i en minskning av elektrodprestanda. Den detaljerade mekanismen för detta fenomen och ett sätt att effektivt hämma det har inte föreslagits.

Med hjälp av beräkningskemi och experimentella data, Professor WooChul Jungs team vid institutionen för materialvetenskap och teknik observerade att lokala kompressionstillstånd runt Sr-atomerna i ett perovskitelektrodgitter försvagade Sr-O-bindningsstyrkan, vilket i sin tur främjar strontiumsegregation. Teamet identifierade lokala förändringar i stamfördelning i perovskitoxid som den främsta orsaken till segregation på strontiumytan. Baserat på dessa fynd, teamet dopade olika storlekar av metaller i oxider för att kontrollera omfattningen av gitterpåkänning i katodmaterial och hämmade effektivt strontiumsegregering.

Professor Jung sa:"Denna teknik kan implementeras genom att lägga till en liten mängd metallatomer under materialsyntes, utan någon ytterligare process." fortsatte han, "Jag hoppas att den här tekniken kommer att vara användbar för att utveckla höghållfast perovskitoxidelektrod i framtiden."