Brandstofcellen zijn een belangrijke toekomstige energietechnologie die opkomt als milieuvriendelijke en hernieuwbare energiebronnen. Vooral, vaste oxide brandstofcellen samengesteld uit keramische materialen kunnen brandstoffen zoals biomassa direct omzetten, LNG, en LPG naar elektrische energie. KAIST-onderzoekers hebben een nieuwe techniek beschreven om de chemische stabiliteit van elektrodematerialen te verbeteren die de levensduur kan verlengen door minimale hoeveelheden metalen te gebruiken.

De kernfactor die de prestaties van vaste-oxidebrandstofcellen bepaalt, is de kathode waarop de reductiereactie van zuurstof plaatsvindt. conventioneel, perovskietstructuuroxiden (ABO3) worden gebruikt in kathoden. Echter, ondanks de hoge prestatie van perovskietoxiden bij het eerste gebruik, prestatie neemt af met de tijd, hun langdurig gebruik te beperken. Vooral, de toestand van een oxidatietoestand bij hoge temperatuur die vereist is voor kathodewerking leidt tot een fenomeen van oppervlaktesegregatie waarbij tweede fasen zoals strontiumoxide (SrOx) zich ophopen op het oppervlak van oxiden, resulterend in een afname van de elektrodeprestaties. Het gedetailleerde mechanisme van dit fenomeen en een manier om het effectief te remmen is niet gesuggereerd.

Met behulp van computationele chemie en experimentele gegevens, Het team van professor WooChul Jung van het Department of Materials Science and Engineering merkte op dat lokale compressietoestanden rond de Sr-atomen in een perovskiet-elektroderooster de Sr-O-bindingssterkte verzwakten, die op hun beurt strontiumsegregatie bevorderen. Het team identificeerde lokale veranderingen in de spanningsverdeling in perovskietoxide als de belangrijkste oorzaak van segregatie op het strontiumoppervlak. Op basis van deze bevindingen, het team heeft verschillende maten metalen in oxiden gedoteerd om de mate van roosterspanning in kathodemateriaal te beheersen en de strontiumsegregatie effectief te remmen.

Professor Jung zei:"Deze technologie kan worden geïmplementeerd door een kleine hoeveelheid metaalatomen toe te voegen tijdens de materiaalsynthese, zonder enig extra proces." Hij vervolgde, "Ik hoop dat deze technologie in de toekomst nuttig zal zijn bij de ontwikkeling van zeer duurzame perovskietoxide-elektroden."