TU Wien 的研究人员正在研究可用于降低固体氧化物燃料电池工作温度的新材料。为此，他们采用了一种创新方法。

固体氧化物燃料电池由三个重要部分组成：阳极、阴极和电解质。当氧气进入阴极时，氧气然后通过电解质传输到阳极，在那里氧气与氢气反应生成水。燃料电池能够将过程中释放的能量转化为电能。因此，燃料电池越来越多地用于固定能源供应和汽车工业。

为了将固体氧化物燃料电池的工作温度从目前的 800 °C 降低到 450 °C 到 600 °C，维也纳工业大学的科学家正在研究适合在这种较低温度下用作阴极的替代材料。Markus Kubicek 和他的团队最近在Journal of Materials Chemistry A 上发表了他们的材料分析结果。

降低操作温度

固体氧化物燃料电池自 1980 年代就已建成。现在，研究人员正试图开发具有长期稳定性且制造成本更低的新型燃料电池。为此，必须将操作温度降低到 450°C 至 600°C 左右。对于在较低温度下运行固体氧化物燃料电池，尤其是阴极处相当缓慢的氧交换是一个瓶颈。因此，全世界的研究人员都在寻找方法来开发新的电极材料，即使在较低的温度下也能足够快地吸收氧气。

氧气交换途径

“技术电化学”研究部门的科学家多年来一直致力于所谓的混合导电材料 (MIEC)。这类材料的氧化物特别适用于燃料电池阴极，因为它们可以在较高温度下传导氧离子和电子。这主要通过缺陷起作用，即与理想晶格的最小偏差，这些缺陷是有意引入材料的。

“这些材料中最重要的缺陷是氧空位、电子和空穴。为了能够有针对性地优化这些材料，更好地了解这些缺陷在氧结合反应中的作用非常重要，” FWF 项目“生长期间氧化薄膜的原位表征”负责人 Markus Kubicek 解释说。研究人员现在已经成功地做到了这一点。

全球独一无二的测量技术

为了测量氧结合反应的动力学，研究人员使用了“原位 PLD”测量，这在世界范围内是独一无二的。电极材料用激光沉积在真空室中，并在沉积后直接使用阻抗谱进行测量。“由于即使是最小的杂质也会对测量结果产生强烈影响，我们需要一种测量方法来检查原始电极表面。我们在这里第一次成功地做到了这一点，”固态研究小组 Christoph Riedl 解释说离子。“只有通过我们在这里开发的原位方法，我们才能将理论模拟和实际测量结果完美结合，”他补充道。

不同的材料，相同的氧气通路

研究人员使用他们的测量方法研究了五种有前途的材料表面的氧交换反应。“我们测量的一个亮点是我们第一次能够观察到氧交换反应似乎在非常不同的材料上遵循相同的机制，”Matthäus Siebenhofer 描述道。“这里的一个决定性因素是表面氧空位的可用性。”

“固态离子学”工作组负责人 Jürgen Fleig 总结道：“在这项研究中，我们能够结合过去几年的各种研究成果和实验发展，从而描述和理解该领域最重要的反应，固体氧化物燃料电池要好得多。”