【科技】5分钟启动、掌上可用！微型燃料电池攻克热管理难题

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（来源：CHC氢能大会）

　　无人机、小型机器人和移动人工智能硬件很快将不再依赖电池供电，而是使用小型燃料电池。日本研究人员开发出一种基于固体氧化物燃料电池（SOFC）的新型便携式微反应器，成功解决了长期困扰微型燃料电池系统的热管理与安全问题。该微型反应器可在室温条件下于5分钟内快速启动并实现发电。凭借创新性的高隔热结构与多层绝热系统，该装置有望为无人机、小型机器人及人工智能硬件等边缘设备提供高能量密度电源支持。

　　随着数字时代的加速发展，从智能手机、无人机到紧凑型机器人和人工智能硬件，各类边缘设备数量迅速增长。这些设备对高能量密度便携电源的需求不断提升，而传统电池技术已逐渐接近理论极限。例如，锂离子电池仍难以支撑长时间无人机飞行。

　　为突破这一瓶颈，科研人员将目光投向固体氧化物燃料电池。SOFC 可直接将富氢燃料转化为电能，具有高效率和高能量密度，其质量能量密度最高可达现有电池的四倍，被视为下一代便携能源的重要候选技术。

　　然而，由于 SOFC 的工作温度通常超过600°C，其应用长期局限于固定式或工业场景。当这类系统被微型化用于手持设备时，内外材料之间巨大的温差会产生严重热应力，传统结构极易开裂失效，并带来安全隐患。

　　为解决这一关键挑战，日本东京科学研究院（Science Tokyo）未来跨学科科学技术研究实验室Tetsuya Yamada博士团队成功开发出一款掌上型 SOFC 微反应器。相关成果发表于2025年12月《Microsystems & Nanoengineering》期刊。

　　研究团队采用氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷材料，并设计出悬臂式结构，有效降低热传导并缓解热应力，从而避免结构开裂。在此基础上，他们构建了可容纳按钮式平面 SOFC 的 YSZ 支架结构，同时集成氢气、氧气及水的微流道系统。

　　此外，团队还引入轻量化多层隔热体系，大幅抑制辐射热损失，使燃料电池内部的极高温度与外界环境有效隔离。最终装置可在5分钟内升温至600°C，相比传统大型 SOFC 反应器约30分钟的启动时间显著缩短。

　　Tetsuya Yamada表示：“将传统固定式燃料电池缩小为掌上尺寸，为便携式能源系统打开了新的道路，也展示了直接为边缘设备供电的高能量密度离网电源潜力。”

　　值得注意的是，该系统还具备内在安全保护机制。当隔热结构被破坏时，热量迅速散失，装置温度将在5分钟内降至低于氢气点火风险区间，从而避免潜在危险。

　　总体而言，这项研究构建了一个可扩展的微型 SOFC 技术平台，为机器人、无人机及未来 AI 边缘设备提供安全、高效的新一代电源解决方案奠定了基础。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41378-025-01072-5

（素材来自：日本东京科学研究院 全球氢能网、新能源网综合）