Forskare vid Kyushu University har utvecklat en solidoxidsbränslecell som fungerar effektivt vid 300°C, en betydande sänkning från de typiska 700-800°C. Detta genombrott använder skandiumdopade oxider för att möjliggöra snabb protontransport utan gitterproppar. Innovationen kan sänka kostnader och påskynda adoptionen av väteenergi.
Solidoxidsbränsleceller (SOFC) lovar effektiv och långvarig elproduktion från väte, med vatten som enda biprodukt. Deras höga driftstemperaturer på 700-800°C kräver dock värmetåliga material, vilket driver upp kostnader och begränsar utbredd användning.
Forskare vid Kyushu University tog sig an utmaningen genom att konstruera elektrolyter som leder protoner snabbt vid bara 300°C. Enligt Nature Materials dopade teamet bariumsnitat (BaSnO3) och bariummetatit (BaTiO3) med höga nivåer av skandium (Sc), och uppnådde protonledningsförmåga över 0,01 S/cm – jämförbar med konventionella SOFC vid 600-700°C.
Professor Yoshihiro Yamazaki, som ledde studien, förklarade innovationen: «Att sänka arbetstemperaturen till 300°C skulle skära materialkostnader och öppna dörren för konsumentnivåsystem.» Nyckeln ligger i kristallgittret: skandiumatomer bildar en 'ScO6-motorväg' av sammankopplade syreatomer, som skapar en bred, mjukt vibrerande väg som låter protoner röra sig fritt utan att fastna.
Yamazaki noterade den tidigare dilemmat: «Att lägga till kemiska dopningar kan öka antalet mobila protoner som passerar genom en elektrolyt, men det täpper vanligtvis igen kristallgittret och saktar ner protonerna.» Strukturanalys och simuleringar bekräftade att dessa 'mjukare' oxider absorberar mer skandium än traditionella material, vilket löser kompromissen.
Detta framsteg riktar sig inte bara mot prisvärda SOFC utan sträcker sig också till lågtemperaturelektrolysörer, vätepumpar och CO2-konverteringsreaktorer. Yamazaki avslutade: «Vårt arbete förvandlar en långvarig vetenskaplig paradox till en praktisk lösning och bringar prisvärd väteenergi närmare vardagen.»
Resultaten publiceras i tidskriftsartikeln: Kota Tsujikawa et al., «Mitigating proton trapping in cubic perovskite oxides via ScO6 octahedral networks», Nature Materials, 2025; 24(12):1949, DOI: 10.1038/s41563-025-02311-w.