为了制造更好的电池和燃料电池，科学家们必须使氧分子更有效地获得和失去电子。通常，反应令人沮丧地迟缓。加速反应需要加热和铂，铂是昂贵的。现在，研究人员发现了重要的设计原则，以设计使用更容易获得的金属和更少热量的催化剂。催化剂表现良好并且长期稳定。
近日，美国能源部宣布新的设计规则可以获得更好的燃料电池催化剂，发现了设计性能更好的电极表面（电催化剂）背后的秘密。

功率密度曲线显示新设计的催化剂（红色曲线）优于未优化的类似催化剂。图片来源：美国化学学会
科学家一直在寻找更好的燃料电池和电池电极催化剂。这些催化剂驱动将电子移入和移出氧的反应（称为氧电催化）。然而，制造这种催化剂一直很困难。为什么？研究人员使用了错误的方法。他们需要基本的设计原则。有了这些信息，研究人员可以更好地避免走进死胡同，并开发出有希望的选择。
创建的金属 - 空气电池，燃料电池和其他能量转换和存储系统，部分取决于氧分子获得和失去电子的速度。为了使这些系统具有商业可行性，它们需要廉价，活性，选择性和稳定的催化剂。研究人员一直在研究用各种比例较便宜的金属制成的有希望的催化剂。具体地，这些催化剂是分层的，混合的离子 - 电子导电氧化物。
研究人员发现，计算出的描述符，即氧气与催化剂表面缺氧原子点的紧密程度，可以确定有希望的结构。该团队通过合成，表征和测试具有不同描述符值的催化剂来测试该描述符如何预测催化性能。他们发现，由钴掺杂的镍酸镧氧化物制成的纳米尺棒在1000华氏度（538摄氏度）左右的固体氧化物燃料电池中运行良好，并且长期稳定。团队的结果证明了设计原则的有效性。此外，这项工作突出了新催化剂的潜力，应该有利于燃料电池和电池的设计工作。