丹麦技术大学实现SOFC突破：功率密度提升5倍

丹麦技术大学（DTU）能源转换与储能系（DTU Energy）的研究人员，在轻量化氢能系统的功率密度提升方面取得了重大突破。

该团队提出“逃离平面（Escape Flatland）”理念——不再采用传统的平面层叠结构，而是通过其Lithoz CeraFab System 3D打印设备，制造出具有仿生薄壁陀螺（gyroid）结构的整体式三维燃料电池，从而颠覆了传统设计范式。

研究采用8YSZ（全稳定氧化钇锆）作为电解质膜材料，使器件层面的比功率（功率/重量比）相比传统平面固体氧化物燃料电池（SOFC）提升了5倍。DTU将陶瓷光固化制造（LCM）视为关键使能技术，并计划将该项目推进至工业化规模。

该研究由DTU能源系Vincenzo Esposito教授团队主导，并与DTU Construct合作完成。研究团队将功率重量比作为SOFC性能提升的核心指标，开发出基于8YSZ材料的整体式仿生陀螺结构燃料电池，并通过3D打印实现。相关结构在热环境和运行条件下的机械稳定性，也通过结构优化分析得到验证。

在器件层面，该结构的功率重量比接近1 W/g，而传统平面SOFC通常约为0.2 W/g。Esposito教授表示：“这一创新代表着从平面堆叠向整体式结构的真正范式转变。”

这种设计摆脱了传统层叠结构的限制，带来了显著影响：通过薄壁结构以及取消连接件和密封件，大幅减轻重量、降低热不匹配和机械应力，同时显著提高空间利用率。这种紧凑轻量的SOFC为水上、陆地以及尤其是航空领域的长航程和超紧凑氢动力系统设计提供了新的可能。

Esposito指出：“‘逃离平面’听起来顺理成章，但长期以来难以实现。这种材料与微结构的组合需要极高的复杂性，而直到最近我们才具备实现这一概念的制造工具。8YSZ作为成熟的SOFC电解质材料，结合Lithoz的LCM技术，能够以高重复性制造出这种仿生结构，并通过外壳密封实现气密性。”

Johannes Homa（Lithoz首席执行官）补充称，通过在其设备上制造复杂的8YSZ整体式陀螺结构燃料电池，DTU成功减少了对传统连接件和密封结构的依赖，而这些一直是限制平面SOFC堆功率密度提升的关键瓶颈。这一整体式设计有望彻底重塑燃料电池的设计路径。

目前，DTU Energy已完成设计与测试阶段，Esposito教授团队计划将该技术推进至工业化应用阶段。

（素材来自：丹麦技术大学 全球氢能网、新能源网综合）