Bilim insanları, bir seramik yakıt hücresi malzemesini 1.300 °C'de fırınlayıp sıvı azotla anında dondurarak malzeme biliminin uzun süredir geçerli kuralını yıktı ve daha ucuz, daha düşük sıcaklıkta çalışan yakıt hücrelerinin yolunu açtı.
Science Advances'te, UT San Antonio'dan Chonglin Chen liderliğindeki ve başyazarı Jiangsu Üniversitesi'nden Shengli Pang olan bir ekibin açıkladığı numara, çelik üretiminden bilinen bir teknik: su verme (quenching). Kızgın seramiği yaklaşık −196 °C'deki sıvı azota daldırmak, katı yapısını yalnızca 0,63 nanometre kalınlığında, düzensiz atomlardan oluşan mikroskobik kümeler halinde parçalıyor; bir insan saçının genişliğine binlercesi sığabilir.
Geleneksel katı oksit yakıt hücreleri, oksijen iyonlarını kusursuz bir kristal kafes içinde hareket ettirmek için çoğu zaman 700 °C'nin üzerinde aşırı sıcaklıklara ihtiyaç duyar. Bu ısı, onları pahalı, kırılgan ve yavaş başlayan sistemler haline getirir. Ekibin düzensiz kümeleri 400 °C'de rekor düzeyde oksijen iyonu iletkenliğine ulaştı — geleneksel bir seramik malzemeye kıyasla yaklaşık 1.400 kat daha yüksek.
Chen şöyle diyor: "Altın kural, hızlı iyon hareketi için kusursuz bir kristal kafese ihtiyacınız olduğuydu. Burada yaptığımız şey bu varsayıma meydan okuyor." Düzenli şeritler yerine, küçük kümeler iyonlar için bir otoban gibi çalışan, bağımsız oksijen boşluklarından oluşan kaotik, dinamik bir ağ oluşturuyor.
Gerçek yakıt hücrelerinde, malzemenin ağırlıkça yalnızca %0,5'ini standart bir kobalt bazlı katoda karıştırmak tepe güç çıkışını üçe katladı. Ayrıca bozulmayı yavaşlattı: standart hücreler her 100 saatte gücünün %13'ünden fazlasını kaybederken, güçlendirilmiş hücreler kullanıldıkça %3,4 daha kararlı ve verimli hale geldi.
Katkı maddesi mevcut tasarımlarla uyumlu olduğu için ekip, üreticilerin tamamen yeniden tasarım yapmadan bu yöntemi benimseyebileceğini söylüyor; bu da düşük sıcaklıklı katı oksit yakıt hücrelerini ve vaat ettikleri temiz enerjiyi günlük kullanıma bir adım daha yaklaştırıyor.
