丹麥技術大學實現SOFC突破：功率密度提升5倍

丹麥技術大學（DTU）能源轉換與儲能系（DTU Energy）的研究人員，在輕量化氫能系統的功率密度提升方面取得了重大突破。

該團隊提出“逃離平面（Escape Flatland）”理念——不再采用傳統的平面層疊結構，而是通過其Lithoz CeraFab System 3D打印設備，制造出具有仿生薄壁陀螺（gyroid）結構的整體式三維燃料電池，從而顛覆了傳統設計范式。

研究采用8YSZ（全穩定氧化釔鋯）作為電解質膜材料，使器件層面的比功率（功率/重量比）相比傳統平面固體氧化物燃料電池（SOFC）提升了5倍。DTU將陶瓷光固化制造（LCM）視為關鍵使能技術，并計劃將該項目推進至工業化規模。

該研究由DTU能源系Vincenzo Esposito教授團隊主導，并與DTU Construct合作完成。研究團隊將功率重量比作為SOFC性能提升的核心指標，開發出基于8YSZ材料的整體式仿生陀螺結構燃料電池，并通過3D打印實現。相關結構在熱環境和運行條件下的機械穩定性，也通過結構優化分析得到驗證。

在器件層面，該結構的功率重量比接近1 W/g，而傳統平面SOFC通常約為0.2 W/g。Esposito教授表示：“這一創新代表著從平面堆疊向整體式結構的真正范式轉變。”

這種設計擺脫了傳統層疊結構的限制，帶來了顯著影響：通過薄壁結構以及取消連接件和密封件，大幅減輕重量、降低熱不匹配和機械應力，同時顯著提高空間利用率。這種緊湊輕量的SOFC為水上、陸地以及尤其是航空領域的長航程和超緊湊氫動力系統設計提供了新的可能。

Esposito指出：“‘逃離平面’聽起來順理成章，但長期以來難以實現。這種材料與微結構的組合需要極高的復雜性，而直到最近我們才具備實現這一概念的制造工具。8YSZ作為成熟的SOFC電解質材料，結合Lithoz的LCM技術，能夠以高重復性制造出這種仿生結構，并通過外殼密封實現氣密性。”

Johannes Homa（Lithoz首席執行官）補充稱，通過在其設備上制造復雜的8YSZ整體式陀螺結構燃料電池，DTU成功減少了對傳統連接件和密封結構的依賴，而這些一直是限制平面SOFC堆功率密度提升的關鍵瓶頸。這一整體式設計有望徹底重塑燃料電池的設計路徑。

目前，DTU Energy已完成設計與測試階段，Esposito教授團隊計劃將該技術推進至工業化應用階段。

（素材來自：丹麥技術大學 全球氫能網、新能源網綜合）