Les piles à combustible sont une future technologie énergétique clé émergeant en tant que sources d'énergie renouvelables et respectueuses de l'environnement. En particulier, les piles à combustible à oxyde solide composées de matériaux céramiques peuvent convertir directement des combustibles tels que la biomasse, GNL, et le GPL en énergie électrique. Les chercheurs de KAIST ont décrit une nouvelle technique pour améliorer la stabilité chimique des matériaux d'électrode qui peut prolonger la durée de vie en utilisant des quantités minimales de métaux.

Le facteur central qui détermine les performances des piles à combustible à oxyde solide est la cathode à laquelle se produit la réaction de réduction de l'oxygène. Classiquement, les oxydes à structure pérovskite (ABO3) sont utilisés dans les cathodes. Cependant, malgré les performances élevées des oxydes de pérovskite au démarrage, les performances se dégradent avec le temps, limitant leur utilisation à long terme. En particulier, la condition d'un état d'oxydation à haute température nécessaire au fonctionnement cathodique conduit à un phénomène de ségrégation en surface dans lequel des phases secondaires telles que l'oxyde de strontium (SrOx) s'accumulent à la surface des oxydes, entraînant une diminution des performances de l'électrode. Le mécanisme détaillé de ce phénomène et un moyen de l'inhiber efficacement n'ont pas été suggérés.

En utilisant la chimie computationnelle et les données expérimentales, L'équipe du professeur WooChul Jung du Département de science et d'ingénierie des matériaux a observé que les états de compression locaux autour des atomes de Sr dans un réseau d'électrodes en pérovskite affaiblissaient la force de la liaison Sr-O, qui à leur tour favorisent la ségrégation du strontium. L'équipe a identifié des changements locaux dans la distribution des contraintes dans l'oxyde de pérovskite comme la principale cause de ségrégation à la surface du strontium. Sur la base de ces constatations, l'équipe a dopé différentes tailles de métaux dans des oxydes pour contrôler l'étendue de la déformation du réseau dans le matériau de la cathode et a inhibé efficacement la ségrégation du strontium.

Le professeur Jung a dit :"Cette technologie peut être mise en œuvre en ajoutant une petite quantité d'atomes métalliques lors de la synthèse du matériau, sans aucun processus supplémentaire. » Il a poursuivi, "J'espère que cette technologie sera utile dans le développement d'électrodes en oxyde de pérovskite à haute durabilité à l'avenir."