Para crear mejores baterías y pilas de combustible, los científicos deben hacer que las moléculas de oxígeno ganen y pierdan electrones de manera eficiente. Las reacciones son frustrantemente lentas. Acelerar las reacciones requiere calor y platino, que son costosos. Ahora, Los investigadores descubrieron principios de diseño vitales para diseñar catalizadores que utilizan metales más fácilmente disponibles y menos calor. Los catalizadores funcionaron bien y se mantuvieron estables a largo plazo.

Los científicos han estado buscando mejores catalizadores para electrodos en pilas de combustible y baterías. Estos catalizadores impulsan reacciones que mueven electrones hacia y desde el oxígeno (conocido como electrocatálisis de oxígeno). Sin embargo, Ha sido difícil crear tales catalizadores. ¿Por qué? Los investigadores utilizaron enfoques de prueba y error. Necesitaban los principios de diseño subyacentes. Con esta información en la mano, los investigadores pueden evitar callejones sin salida y trabajar en las opciones más prometedoras.

Creando baterías eficientes de metal-aire, celdas de combustible, y otros sistemas de almacenamiento y conversión de energía dependen, en parte, sobre la rapidez con que las moléculas de oxígeno ganan y pierden electrones. Para que estos sistemas sean comercialmente viables, necesitan catalizadores económicos, activo, selectivo, y estable. Los investigadores han estado examinando catalizadores prometedores hechos de varias proporciones de metales menos costosos. Específicamente, estos catalizadores están en capas, óxidos conductores iónico-electrónicos mixtos.

Los investigadores demostraron que un descriptor calculado, la fuerza con la que el oxígeno se une a un lugar donde faltan átomos de oxígeno en la superficie del catalizador, Puede identificar las estructuras más prometedoras. El equipo probó qué tan bien este descriptor predijo el rendimiento catalítico al sintetizar, caracterizando, y probar catalizadores con diferentes valores de descriptor. Descubrieron que las varillas de tamaño nanométrico hechas de óxido de niquelato de lantano dopado con cobalto funcionaban bien en celdas de combustible de óxido sólido a alrededor de 1000 grados Fahrenheit y eran estables a largo plazo. Los resultados del equipo demuestran la efectividad de los principios de diseño. Más lejos, el trabajo destaca el potencial del nuevo catalizador y debería beneficiar los esfuerzos de diseño de pilas de combustible y baterías.