新型3D打印氢燃料电池问世：制氢速度快10倍，为轻型飞机提供动力

这款燃料电池采用全陶瓷材质，摒弃了传统燃料电池中占比超过75%的重金属组件，实现了革命性减重。

研究人员通过3D打印技术受珊瑚结构启发，设计出兼具轻量化与高功率的燃料电池。

这款名为" monolithic gyroidal solid oxide cell "（整体式螺旋二十四面体固体氧化物电池，简称The Monolith）的新型电池由丹麦技术大学开发。

值得注意的是，该燃料电池采用"全陶瓷"设计，消除了传统燃料电池中占比超75%重量的重金属组件。

燃料电池作为多功能技术已应用于氢能汽车等多个领域，同时为医院、数据中心和船舶提供电力。其通过电解水制氢实现发电与储能的双重功能，对稳定可再生能源系统具有重要价值。

仅需五步制造流程

通过数学优化的三重周期最小表面结构（TPMS） —— 尤其是螺旋二十四面体构型，该设计在实现最大比表面积的同时保持极致轻量化。这种结构使气体可自由流动，改善热量分布并增强机械稳定性。

令人惊叹的是，这款燃料电池的重量功率比异常优异，每克可产生超过一瓦的功率。

"当前基于电能的能量转换技术（如电池和燃料电池）在航空航天领域缺乏应用价值，"资深研究员兼通讯作者Venkata Karthik Nadimpalli表示，"但我们的新设计改变了这一现状。这是首款在采用可持续绿色技术的同时，达到航空航天所需瓦克比（即比功率）的燃料电池。"

轻量化之外的突破

这款丹麦技术大学研发的新型燃料电池还具有多项颠覆性优势：在承受100°C温差剧烈变化的极端条件下仍表现出卓越耐久性；研究团队多次在发电模式与储能模式间切换未出现结构失效；在电解模式下制氢速度达到标准模型的近十倍。

更引人注目的是其简化的制造工艺 —— 传统固体氧化物电池堆需数十道工序且使用多种会随时间老化的材料，而新设计仅需"五步"即可完成，同时消除了重金属组件和脆弱密封结构，显著提升系统耐久性。

航天航空应用前景

这项突破性技术将惠及航空航天产业。一架标准商用客机需70吨航空燃油，若改用锂离子电池提供等效能量，电池重量将达3500吨 —— 远超飞机承重极限。传统燃料电池因依赖平板式重型堆栈结构（金属部件占比超75%），同样无法满足航空应用需求。

而新型燃料电池凭借轻量化设计突破了这一局限。其高恢复力特性尤其适合严苛的太空任务，例如美国宇航局的"火星氧气原位资源利用实验"（MOXIE）。原需6吨设备的制氧任务，采用新设计仅需800公斤即可完成，将大幅降低太空发射成本。

研究人员认为该设计仍有优化空间："通过采用更薄电解质、用银或镍等廉价集电器替代铂金，以及进一步紧凑化设计，系统性能还能提升，"Nadimpalli补充道。

该项研究成果已发表于《自然·能源》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！