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固体氧化物燃料电池 (SOFC) 是一种将化学能清洁转化为电能的有前途的技术。但它们的效率取决于固体和气体在设备电极表面相互作用的速度。因此，为了探索提高 SOFC 效率的方法，由伯克利实验室研究人员领导的一个国际团队以一种新的方式研究了一种模型电极材料 - 通过在工作压力和温度下将其晶体结构的不同方面暴露于氧气中。

“我们首先提出了一些问题，比如，是否可以通过改变氧气与哪个表面反应，从相同的材料中获得不同的反应速率?” 伯克利实验室材料科学部的科学家莱恩·马丁说。“我们想研究这些材料特定表面的原子配置如何在与氧气反应时产生影响。”

合成了常见的 SOFC 阴极材料镧锶钴铁氧体 (LSCF) 的薄膜，以暴露出沿对角晶面取向的表面。在这个非典型表面上的电化学测量产生的氧反应速率比在通常的水平面上测量的反应速率快三倍。

为了更好地了解这种改进背后的机制，研究人员使用伯克利实验室的高级光源 (ALS) 在高温和不同的氧气压力下探测“新”表面。结果表明，不同的晶面稳定了不同的表面化学性质，即使大部分薄膜中的化学性质没有变化。

加州大学伯克利分校材料科学与工程研究生 Abel Fernandez 说：“将不同的表面暴露在空气中会导致完全不同的结构、化学性质和缺陷浓度，以至于这些表面几乎看起来和行为都像不同的材料。” - 该研究的第一作者。“考虑到我们的结果，制造商可以通过一种相对简单的方法来提高基于 LSCF 的阴极的反应性，而无需通常使用新材料化学所需的基础工作。”