【概要】研究人員已經(jīng)描述了一種新技術，以改善電極材料的化學穩(wěn)定性，可通過使用極少量的金屬來延長壽命。研究小組使用計算化學和實驗數(shù)據(jù)觀察到，鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr-O鍵的強度，從而促進了鍶的分離。

【圖注】電極中的晶格應變程度，鍶偏析和電極反應之間的相關性。

燃料電池是未來關鍵的能源技術，可成為環(huán)保的可再生能源。特別是由陶瓷材料構成的固體氧化物燃料電池，由于其將生物質(zhì)，LNG和LPG等各種形式的燃料直接轉化為電能的能力而受到越來越多的關注。KAIST的研究人員描述了一種新技術，提高電極材料的化學穩(wěn)定性，可以通過使用極少量的金屬來延長壽命。

決定固體氧化物燃料電池性能的核心因素是發(fā)生氧還原反應的陰極，通常在陰極中使用具有鈣鈦礦結構的氧化物(ABO3)。然而，盡管鈣鈦礦氧化物在初始操作中具有高性能，但其性能隨時間而下降，限制了其長期使用。特別是陰極運行所需的高溫氧化態(tài)的條件導致表面偏析現(xiàn)象，其中氧化鍶(SrOx)等第二相在氧化物表面積累，導致電極性能下降。

利用計算化學和實驗數(shù)據(jù)，材料科學與工程系的WooChul Jung教授團隊觀察到，鈣鈦礦電極晶格中Sr原子周圍的局部壓縮態(tài)減弱了Sr-O鍵強度，從而促進了鍶的分離。該小組發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦氧化物中應變分布的局部變化是鍶表面分離的主要原因?；谶@些發(fā)現(xiàn)，該團隊在氧化物中摻入不同尺寸的金屬以控制陰極材料中的晶格應變程度，并有效地抑制鍶偏析。

WooChul Jung教授說：“這項技術可以通過在材料合成過程中加入少量的金屬原子來實現(xiàn)，而不需要額外的工藝。我希望這項技術在開發(fā)高耐用的鈣鈦礦氧化物電極方面將卓有成效。”