Para criar baterias e células de combustível melhores, os cientistas devem fazer as moléculas de oxigênio ganharem e perderem elétrons de forma eficiente. As reações são frustrantemente lentas. Acelerar as reações requer calor e platina, que são caros. Agora, pesquisadores descobriram princípios vitais de design para projetar catalisadores que usam metais mais facilmente disponíveis e menos calor. Os catalisadores tiveram um bom desempenho e permaneceram estáveis ​​a longo prazo.

Os cientistas têm procurado melhores catalisadores para eletrodos em células de combustível e baterias. Esses catalisadores conduzem reações que movem os elétrons de e para o oxigênio (conhecido como eletrocatálise de oxigênio). Contudo, criar tais catalisadores tem sido difícil. Porque? Os pesquisadores usaram abordagens de tentativa e erro. Eles precisavam dos princípios básicos de design. Com essas informações em mãos, os pesquisadores podem melhor evitar becos sem saída e trabalhar nas opções mais promissoras.

Criação de baterias de metal-ar eficientes, células de combustível, e outros sistemas de conversão e armazenamento de energia dependem, em parte, sobre a rapidez com que as moléculas de oxigênio ganham e perdem elétrons. Para tornar esses sistemas comercialmente viáveis, eles precisam de catalisadores baratos, ativo, seletivo, e estável. Os pesquisadores têm examinado catalisadores promissores feitos de várias proporções de metais menos caros. Especificamente, esses catalisadores são em camadas, óxidos condutores iônicos-eletrônicos mistos.

Os pesquisadores mostraram que um descritor calculado, o quão firmemente o oxigênio se liga a um ponto onde um átomo de oxigênio está faltando na superfície do catalisador, pode identificar as estruturas mais promissoras. A equipe testou o quão bem este descritor previu o desempenho catalítico por meio da síntese, caracterizando, e testar catalisadores com diferentes valores de descritor. Eles descobriram que bastões nanométricos feitos de óxido de níquelato de lantânio dopado com cobalto funcionavam bem em células de combustível de óxido sólido a cerca de 1000 graus Fahrenheit e eram estáveis ​​a longo prazo. Os resultados da equipe demonstram a eficácia dos princípios de design. Avançar, o trabalho destaca o potencial do novo catalisador e deve beneficiar os esforços de design para células de combustível e baterias.