Les cel•les de combustible d’òxid sòlid (l’acrònim de les quals en anglès és SOFC) són dispositius energètics capaços de convertir l’energia química d'un combustible directament en energia elèctrica. Això les dota d'unes eficiències elèctriques molt elevades, que poden arribar a ser del 80% si s’aprofita la calor residual d’alta qualitat mitjançant turbines. A més, són capaces de funcionar amb una gran varietat de combustibles: hidrogen, gas natural, gas de síntesi, etanol, metanol, etc. No obstant això, per a la seua inserció en la cadena de producció energètica, la seua temperatura de funcionament hauria de disminuir al rang de 500-700 ºC, sense que es reduïren les potències elèctriques generades.
Les SOFC convencionals es basen en la conducció d’ions oxigen del seu electròlit, que separa la reacció de combustió del combustible en les seues semireaccions electroquímiques, generant d’aquesta manera l’energia elèctrica. En disminuir la temperatura d’operació en aquest tipus de SOFC, amb electròlits (o membranes) fins i hidrogen com a combustible, la principal limitació de funcionament es centra en l’activació i reducció de l’oxigen que té lloc en l’elèctrode anomenat càtode. D’altra banda, la utilització de combustibles basats en carboni no és compatible amb els materials d’ànode actualment emprats.
Per tant, és necessari el desenvolupament de nous càtodes amb millorades propietats electrocatalítiques per a la reducció d’oxigen a menors temperatures, les propietats termomecàniques dels quals siguen compatibles amb les de la resta de components de la cel•la, i l’obtenció d’ànodes capaços de funcionar amb combustibles basats en carboni.
La combinació conjunta de diversos lantànids i bari en l’estructura perovskita (LalPrpSmsBab)0.58Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 ha permès obtenir compostos amb resistències de polarització d’elèctrode menors que les del càtode de l’estat de la tècnica La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 en el rang de temperatures 450-650 ºC. La millora en l’activació i difusió de l’oxigen d’aquests materials s’ha associat a processos cooperatius que deriven de la combinació conjunta de dos o tres elements en la mateixa posició de la xarxa cristal•lina. Els resultats confirmen que l’augment de l’intercanvi superficial i de la difusió de l’oxigen són els responsables de l’increment de l’electrocatàlisi d’aquests càtodes amb múltiples elements. Les composicions La0.2175Pr0.2175Ba0.145Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 o Pr0.435Ba0.145Sr0.4Fe0.8Co0.2O3, què ofereixen valors de resistència de polarització de 80 i 190 mOhm•cm2 a 650 ºC respectivament, es proposen com a càtodes prometedors de cel•les de combustible d’òxid sòlid que operen a temperatures intermèdies.
L’estudi electroquímic realitzat en estructures cristal•lines basades en swedenborgites MBaCo3ZnO7, amb Y, Er i Tb en la posició M, va revelar una activitat per a l’activació d’oxigen comparable a la del càtode La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3 en el rang de 500-650 ºC: els valors de resistència de polarització d’elèctrode obtinguts a 650 ºC per als compostos TbBaCo3ZnO7 i YBaCo3ZnO7 foren 0.46 i 1.29 Ohm•cm2 respectivament. La compatibilitat tèrmica dels càtodes amb la resta dels materials de la cel•la es pot millorar utilitzant els compostos basats en MBaCo3ZnO7. Concretament, per al compost TbBaCo3ZnO7, el valor del coeficient d’expansió tèrmica es va calcular en 9.45•10-6 K-1 en el rang de 25-900 º C, gairebé la meitat que el del compost La0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3. A més, l’estabilitat química del compost TbBaCo3ZnO7 amb el material d’electròlit Ce0.8Gd0.2O1.9 i la seua tolerancia al CO2 el fan un bon candidat per a la seua aplicació com a càtode de cel•les de combustible d’òxid sòlid, amb una degradació d’1 mOhm•cm2•h-1.
L’activació electrocatalítica de metà s’ha pogut aconseguir en perovskites de composició La1-xSrxCr1-yNiyO3. Aquests compostos han mostrat ser estructuralment estables en condicions reductores i després de processos de ciclatge redox. El contingut en níquel que minimitza la resistència de polarització d’aquests elèctrodes està proper al 10% molar. Així, la composició La0.85Sr0.15Cr0.9Ni0.1O3 ha mostrat els menors valors de resistència de polarització i energia d'activació en el rang de 650 a 900 ºC, tant en hidrogen com en metà. La formació de nanopartícules de níquel metàl•lic a la superfície de l’ànode reduït és responsable de la millora de les reaccions superficials d’activació del combustible. La disminució de la temperatura inicial de reducció, en compostos amb un contingut baix de níquel permet obtenir una major dispersió de nanopartícules de menor mida que milloren els processos superficials. La possible formació de coc en els centres actius de níquel, que limitaria el funcionament de l’ànode, es podria eliminar amb la regeneració de l’elèctrode mitjançant un procés d'oxidació. Aquesta reoxidació de l’elèctrode permet reincorporar les nanopartícules de níquel metàl•lic a l’estructura cristal•lina. De la mateixa manera, s’ha comprovat la capacitat de reformat de metà amb vapor d’aquest tipus de compostos electrocatalítics regenerables, obtenint-s’hi un 30% de conversió de metà a 900 ºC.