Om betere batterijen en brandstofcellen te maken, wetenschappers moeten ervoor zorgen dat zuurstofmoleculen efficiënt elektronen winnen en verliezen. De reacties zijn frustrerend traag. Het versnellen van de reacties vereist warmte en platina, die kostbaar zijn. Nutsvoorzieningen, onderzoekers ontdekten essentiële ontwerpprincipes om katalysatoren te ontwikkelen die meer gemakkelijk beschikbare metalen en minder warmte gebruiken. De katalysatoren presteerden goed en waren stabiel op lange termijn.

Wetenschappers hebben gezocht naar betere katalysatoren voor elektroden in brandstofcellen en batterijen. Deze katalysatoren sturen reacties aan die elektronen van en naar zuurstof verplaatsen (bekend als zuurstofelektrokatalyse). Echter, het creëren van dergelijke katalysatoren was moeilijk. Waarom? Onderzoekers gebruikten trial-and-error-benaderingen. Ze hadden de onderliggende ontwerpprincipes nodig. Met deze informatie in de hand, onderzoekers kunnen doodlopende wegen beter vermijden en werken aan de meest kansrijke opties.

Efficiënte metaal-luchtbatterijen maken, brandstofcellen, en andere energieomzettings- en opslagsystemen hangt af, gedeeltelijk, over hoe snel zuurstofmoleculen elektronen winnen en verliezen. Om deze systemen commercieel levensvatbaar te maken, ze hebben katalysatoren nodig die goedkoop zijn, actief, selectief, en stabiel. Onderzoekers hebben veelbelovende katalysatoren onderzocht die zijn gemaakt van verschillende verhoudingen van goedkopere metalen. specifiek, deze katalysatoren zijn gelaagd, gemengde ionisch-elektronisch geleidende oxiden.

De onderzoekers toonden aan dat een berekende descriptor, hoe sterk zuurstof bindt aan een plek waar zuurstofatomen ontbreken op het oppervlak van de katalysator, kan de meest veelbelovende structuren identificeren. Het team testte hoe goed deze descriptor katalytische prestaties voorspelde door synthese, kenmerkend, en het testen van katalysatoren met verschillende descriptorwaarden. Ze ontdekten dat staafjes van nanoformaat, gemaakt van met kobalt gedoteerd lanthaannikkelaatoxide, goed werkten in vaste oxidebrandstofcellen bij ongeveer 1000 graden Fahrenheit en op de lange termijn stabiel waren. De resultaten van het team tonen de effectiviteit van de ontwerpprincipes aan. Verder, het werk benadrukt het potentieel van de nieuwe katalysator en zou de ontwerpinspanningen voor brandstofcellen en batterijen ten goede moeten komen.