氢气能源陶瓷3D打印SOEC组件，3DCeram Sinto

导读：在氢能源行业，制氢和储存技术正日益受到关注。然而，用于氢气制备的电解系统规模化面临诸多挑战，尤其是在材料限制、系统复杂性和长期可靠性方面。陶瓷增材制造技术正被探索为重新设计固体氧化物电解系统的潜在途径，从而实现新的几何形状和更高的性能。

2026年5月，南极熊获悉，3DCeram Sinto公司正在进一步开发用于固体氧化物电解池（SOEC）的陶瓷3D打印技术，旨在提高氢气产量和储能效率。这家总部位于法国的公司专注于基于立体光刻（SLA）的增材制造技术，采用自上而下的工艺和低粘度陶瓷浆料，以实现复杂部件的规模化生产。

△3DCeram Sinto公司3D打印的陶瓷零件批量生产。图片由3D打印行业提供。3DCeram Sinto公司3D打印的陶瓷零件批量生产。

陶瓷3D打印技术解决了SOEC的局限性

传统的固体氧化物电解池（SOEC）系统依赖于通过流延成型或丝网印刷工艺生产的平面陶瓷膜，这些陶瓷膜对压力变化非常敏感。超过约40毫巴的压力差会导致机械失效，从而需要复杂的加压容器，并限制了规模化应用。

在HYP3D 项目中，合作伙伴正在开发使用氧化锆 8Y 的紧凑型高压电解系统，该材料因其离子导电性、化学稳定性和耐热性而被选中。

本项目利用增材制造技术，引入了一种厚度为250–300 µm 的波纹电池设计，使反应表面积增加了约 60%。这种几何形状还提高了电化学效率，只需更低的电压即可达到相当的电流密度。

△3DCeram 的 C1000 FLEXMATIC。图片来自 3DCeram

仿真和测试表明，与平板电池相比，波纹结构电池的机械性能显著提高。波纹结构电池可承受高达约1100毫巴的压差，而传统设计的失效阈值接近40毫巴。耐压能力的提升使得无需外部压力容器，从而简化了系统架构。此外，这种设计还允许将金属互连件简化为扁平组件，进一步降低了系统复杂性。

△3DCeram陶瓷3D打印视频采访

从材料开发到可扩展生产

研发工作主要集中在优化氧化锆8Y浆料配方，以平衡可打印性和尺寸稳定性。通过调整陶瓷含量、粉末性能和粘结剂成分，实现了薄型大面积部件的生产，同时最大限度地减少了烧结过程中的变形。

经过验证的设计方案已扩展到多个机器平台，并集成到堆叠配置中。早期测试实现了约 450 mA/cm² 的电流密度，目前正在进行的工作包括解决接触损耗和系统集成问题。

为了支持工业规模的氢气系统，通过重新设计机器提高了生产效率。升级内容包括多激光配置、扩展的构建平台以及双平台运行，以减少停机时间。这些改进使细胞产量提高了四倍以上，处理表面积提高了六倍。这套系统已在项目合作伙伴处部署，以进行进一步验证。

这项工作与欧洲扩大氢能作为可再生能源系统能源载体的更广泛努力相一致。氢能能够长期储存来自风能和太阳能等间歇性能源的能源，从而支持能源密集型行业的脱碳进程。

陶瓷增材制造技术正朝着工业化生产迈进

3DCeram Sinto此前已推出人工智能驱动的工具来优化打印性能和可靠性，同时，更广泛的研究方向是探索自动化和先进材料在批量生产中的应用。陶瓷3D打印技术能够制造适用于严苛环境的部件，例如航空航天推进系统，从而推动陶瓷增材制造技术在高性能行业中的应用。

△CERIA 的彩色可视化功能可优化零件放置并检测 3D 打印中的浆料问题。图片来自 3DCeram