Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) son una tecnología prometedora para convertir de forma limpia la energía química en energía eléctrica. Pero su eficiencia depende de la velocidad a la que los sólidos y los gases interactúan en las superficies de los electrodos de los dispositivos. Por lo tanto, para explorar formas de mejorar la eficiencia de las SOFC, un equipo internacional dirigido por investigadores de Berkeley Lab estudió un modelo de material de electrodo de una manera nueva:exponiendo una faceta diferente de su estructura cristalina al oxígeno gaseoso a presiones y temperaturas operativas.

"Comenzamos haciendo preguntas como, ¿Se podrían lograr diferentes velocidades de reacción con el mismo material? simplemente cambiando la superficie con la que reacciona el oxígeno ", dijo Lane Martin, un científico de la facultad en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab. "Queríamos examinar cómo la configuración atómica en superficies específicas de estos materiales hace una diferencia cuando se trata de reaccionar con el oxígeno gaseoso".

Películas delgadas de un material catódico SOFC común, ferrita de lantano, estroncio y cobalto (LSCF), fueron sintetizados para exponer una superficie que estaba orientada a lo largo de un plano cristalográfico diagonal. Las mediciones electroquímicas en esta superficie atípica arrojaron velocidades de reacción de oxígeno hasta tres veces más rápidas que las medidas en el plano horizontal habitual.

Para comprender mejor los mecanismos subyacentes a esta mejora, los investigadores utilizaron la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab para sondear la "nueva" superficie a altas temperaturas y en diferentes presiones de oxígeno. Los resultados revelaron que diferentes planos cristalográficos estabilizan diferentes químicas superficiales, a pesar de que la química en la mayor parte de las películas no ha cambiado.

"Exponer diferentes superficies al aire puede conducir a estructuras completamente diferentes, químicas, y concentraciones de defectos hasta un punto en el que estas superficies casi se ven y actúan como materiales diferentes, "dijo Abel Fernandez, estudiante de posgrado en Ciencia e Ingeniería de Materiales en UC Berkeley y co-primer autor del estudio. "Tener en cuenta nuestros resultados puede permitir a los fabricantes una forma relativamente sencilla de mejorar la reactividad de los cátodos basados ​​en LSCF sin el trabajo preliminar normalmente necesario para utilizar nuevas químicas de materiales".