以前开发满足这些要求的材料的努力主要基于反复试验。然而，TUWien的团队现在已经设法找到一种方法，可以在原子尺度上对燃料电池表面进行有针对性的改变，同时进行测量。因此，现在有可能首次解释重要现象，包括锶原子存在问题的原因以及钴可用于燃料电池的事实。

供氧瓶颈

在阴极，燃料电池的正极，氧气从空气中掺入燃料电池材料中。然后带电的氧离子必须穿过材料并在带负电的一侧(阳极)与燃料(例如氢)反应。

“整个过程中的瓶颈是在阴极中加入氧气，”来自TUWien化学技术与分析研究所的JürgenFleig教授领导的研究小组的GhislainRupp解释说。由AndreasLimbeck教授领导并在同一研究所工作的团队也参与了这个研究项目。

燃料电池需要在极高的温度下操作，温度在700到1000摄氏度的范围内，以确保氧气足够快地结合。研究人员长期以来一直在努力寻找能够降低工作温度的更好的阴极材料。“有一些众所周知的选择特别令人感兴趣，包括镧钴酸锶，或简称LSC，”GhislainRupp解释道。这种情况下的主要问题是这些材料长期不能保持稳定。总是有一个点活动下降，燃料电池的性能下降。到目前为止，只能猜测出这个问题的确切原因。

有针对性的表面改变

有一点一直是明确的：阴极表面，氧气在进入燃料电池之前就会沉淀，起到至关重要的作用。考虑到这一点，TUWien的团队开发了一种对表面进行有针对性的改造的方法，该方法还允许同时进行测量，以确定其对燃料电池的电性质的影响。

“我们使用激光脉冲来蒸发各种材料，然后在表面上以微小的体积积聚，”Rupp解释道。“这使我们能够以小而精确的剂量改变阴极表面的成分，同时还监测它如何影响系统的阻力。”

过量锶的破坏作用

通过这种方式，我们已经能够证明表面上含有大量锶的材料具有破坏性的影响：“如果表面上的锶原子太多，则根本不能有效地结合氧气，”Rupp说。“氧气被阴极表面非常不均匀地吸收。在一些优先点，例如钴原子所在的位置，氧气被有效地掺入。但是，在锶占主导地位的地方，几乎没有任何氧气能够进入阴极。“这也解释了为什么燃料电池随着时间的推移而恶化，因为材料内的锶迁移到表面并覆盖任何活性的钴积聚，最终使空气远离燃料电池。

这些发现提供了关于氧气如何从根本上掺入LSC等材料以及哪些工艺导致燃料电池性能恶化的重要信息。“这项研究使我们向LSC作为燃料电池材料的技术用途迈出了一大步，”Rupp认为。“更重要的是，我们将超精密涂层与电气测量相结合的新方法肯定会在固态离子领域找到其他重要应用。