為了制造更好的電池和燃料電池，科學(xué)家們必須使氧分子更有效地獲得和失去電子。通常，反應(yīng)令人沮喪地遲緩。加速反應(yīng)需要加熱和鉑，鉑是昂貴的。現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)了重要的設(shè)計(jì)原則，以設(shè)計(jì)使用更容易獲得的金屬和更少熱量的催化劑。催化劑表現(xiàn)良好并且長期穩(wěn)定。
近日，美國能源部宣布新的設(shè)計(jì)規(guī)則可以獲得更好的燃料電池催化劑，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)性能更好的電極表面（電催化劑）背后的秘密。

功率密度曲線顯示新設(shè)計(jì)的催化劑（紅色曲線）優(yōu)于未優(yōu)化的類似催化劑。圖片來源：美國化學(xué)學(xué)會
科學(xué)家一直在尋找更好的燃料電池和電池電極催化劑。這些催化劑驅(qū)動(dòng)將電子移入和移出氧的反應(yīng)（稱為氧電催化）。然而，制造這種催化劑一直很困難。為什么？研究人員使用了錯(cuò)誤的方法。他們需要基本的設(shè)計(jì)原則。有了這些信息，研究人員可以更好地避免走進(jìn)死胡同，并開發(fā)出有希望的選擇。
創(chuàng)建的金屬 - 空氣電池，燃料電池和其他能量轉(zhuǎn)換和存儲系統(tǒng)，部分取決于氧分子獲得和失去電子的速度。為了使這些系統(tǒng)具有商業(yè)可行性，它們需要廉價(jià)，活性，選擇性和穩(wěn)定的催化劑。研究人員一直在研究用各種比例較便宜的金屬制成的有希望的催化劑。具體地，這些催化劑是分層的，混合的離子 - 電子導(dǎo)電氧化物。
研究人員發(fā)現(xiàn)，計(jì)算出的描述符，即氧氣與催化劑表面缺氧原子點(diǎn)的緊密程度，可以確定有希望的結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)通過合成，表征和測試具有不同描述符值的催化劑來測試該描述符如何預(yù)測催化性能。他們發(fā)現(xiàn)，由鈷摻雜的鎳酸鑭氧化物制成的納米尺棒在1000華氏度（538攝氏度）左右的固體氧化物燃料電池中運(yùn)行良好，并且長期穩(wěn)定。團(tuán)隊(duì)的結(jié)果證明了設(shè)計(jì)原則的有效性。此外，這項(xiàng)工作突出了新催化劑的潛力，應(yīng)該有利于燃料電池和電池的設(shè)計(jì)工作。