固體氧化物燃料電池 (SOFC) 是一種將化學(xué)能清潔轉(zhuǎn)化為電能的有前途的技術(shù)。但它們的效率取決于固體和氣體在設(shè)備電極表面相互作用的速度。因此，為了探索提高 SOFC 效率的方法，由伯克利實驗室研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊以一種新的方式研究了一種模型電極材料 - 通過在工作壓力和溫度下將其晶體結(jié)構(gòu)的不同方面暴露于氧氣中。

“我們首先提出了一些問題，比如，是否可以通過改變氧氣與哪個表面反應(yīng)，從相同的材料中獲得不同的反應(yīng)速率?” 伯克利實驗室材料科學(xué)部的科學(xué)家萊恩·馬丁說。“我們想研究這些材料特定表面的原子配置如何在與氧氣反應(yīng)時產(chǎn)生影響。”

合成了常見的 SOFC 陰極材料鑭鍶鈷鐵氧體 (LSCF) 的薄膜，以暴露出沿對角晶面取向的表面。在這個非典型表面上的電化學(xué)測量產(chǎn)生的氧反應(yīng)速率比在通常的水平面上測量的反應(yīng)速率快三倍。

為了更好地了解這種改進背后的機制，研究人員使用伯克利實驗室的高級光源 (ALS) 在高溫和不同的氧氣壓力下探測“新”表面。結(jié)果表明，不同的晶面穩(wěn)定了不同的表面化學(xué)性質(zhì)，即使大部分薄膜中的化學(xué)性質(zhì)沒有變化。

加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程研究生 Abel Fernandez 說：“將不同的表面暴露在空氣中會導(dǎo)致完全不同的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和缺陷濃度，以至于這些表面幾乎看起來和行為都像不同的材料。” - 該研究的第一作者。“考慮到我們的結(jié)果，制造商可以通過一種相對簡單的方法來提高基于 LSCF 的陰極的反應(yīng)性，而無需通常使用新材料化學(xué)所需的基礎(chǔ)工作。”